科學(xué)家偶然發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)已知的以錳為燃料的細(xì)菌

新發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌利用錳來(lái)生長(zhǎng)，將金屬轉(zhuǎn)化為大約半毫米寬的氧化錳塊，如這張彩色掃描電子顯微照片所示。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了已知的第一種使用金屬錳生長(zhǎng)的細(xì)菌。研究人員只需要看辦公室水槽就可以了。

“這絕對(duì)是一個(gè)關(guān)于機(jī)緣巧合的有趣故事，”加州理工學(xué)院的環(huán)境微生物學(xué)家JaredLeadbetter說(shuō)。他和同為加州理工學(xué)院環(huán)境微生物學(xué)家的HangYu在7月16日的《自然》雜志上報(bào)告了他們的偶然發(fā)現(xiàn)。

Leadbetter一直在研究玻璃罐中一種名為碳酸錳的粉紅色化合物。在清理罐子時(shí)遇到麻煩后，他用自來(lái)水裝滿(mǎn)并浸泡。10周后，當(dāng)他在外地任教后回來(lái)時(shí)，罐子里的東西已經(jīng)變成了一種黑色的硬殼材料。

利百特知道，科學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)一直懷疑細(xì)菌可以利用錳來(lái)促進(jìn)生長(zhǎng)。一個(gè)多世紀(jì)前，研究人員發(fā)現(xiàn)細(xì)菌可以從氮、硫、鐵和錳等化學(xué)元素中借用電子。在某些情況下，細(xì)菌甚至可以利用這些電子來(lái)促進(jìn)生長(zhǎng)，就像人類(lèi)利用飲食中碳水化合物中的電子獲取能量一樣。但是沒(méi)有人發(fā)現(xiàn)可以將電子從錳轉(zhuǎn)化為能量的細(xì)菌。

當(dāng)細(xì)菌確實(shí)從錳中借用電子時(shí)，它們會(huì)將金屬轉(zhuǎn)化為一種稱(chēng)為氧化錳的深色物質(zhì)。地球上到處都有氧化錳——從地殼中的沉積物到海底再到飲用水。而且，事實(shí)證明，在Leadbetter的玻璃罐中。

他想知道氧化他的錳的細(xì)菌是否可能是真正利用錳生長(zhǎng)的難以捉摸的物種。“也許我最好不要把它倒進(jìn)水槽，”他想。

Leadbetter和Yu首先在罐子里鑒定出大約70種細(xì)菌，這些細(xì)菌很可能來(lái)自自來(lái)水。然后，兩人分離出兩種細(xì)菌，當(dāng)它們一起存在時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氧化錳。給予碳酸錳，這些細(xì)菌呈指數(shù)倍增。隨著細(xì)菌數(shù)量的增加，氧化錳的產(chǎn)生率也隨之增加，這表明細(xì)菌正在使用錳作為燃料。

該團(tuán)隊(duì)將新發(fā)現(xiàn)的物種命名為“CandidatusManganitrophusnoduliformans”和Ramlibacterlithotrophicus。研究人員還不知道每個(gè)物種的確切作用。兩者都可能是錳產(chǎn)生能量不可或缺的一部分，或者其中一個(gè)可能是主要驅(qū)動(dòng)力。

布萊克斯堡弗吉尼亞理工大學(xué)的環(huán)境科學(xué)家艾米·普魯?shù)?AmyPruden)說(shuō)，這些發(fā)現(xiàn)可以幫助研究人員管理污染飲用水的氧化錳，她沒(méi)有參與這項(xiàng)研究。“既然我們知道錳氧化劑是誰(shuí)，我們就可以開(kāi)始在飲用水系統(tǒng)中尋找它們，也許我們可以找到更好的控制方法。”

Leadbetter懷疑類(lèi)似的細(xì)菌也可能是造成海底葡萄柚大小的氧化錳球的原因，這些氧化錳球于1870年代首次被發(fā)現(xiàn)，這讓科學(xué)家們感到困惑。他想在那里和其他地方尋找更多使用錳作為能量的細(xì)菌的例子。

“讓我們看看能否在其他環(huán)境中找到這些生物，”Leadbetter說(shuō)。“不只是我的水槽。”

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