在肮脏的玻璃器皿中发现具有金属饮食的细菌


来源:   时间:2020-07-30 16:40:51


加州理工学院的微生物学家发现了以锰为食的细菌,并使用这种金属作为卡路里的来源。预计这种微生物已经存在了一个多世纪,但至今尚未发现或描述。

加州理工学院环境微生物学教授贾里德·利德贝特(Jared Leadbetter)与博士后学者杭宇(Hang Yu)合作,在7月16日的《自然》(Nature)杂志上描述了这些发现:“这是发现的第一批以锰为燃料的细菌。”“自然界中微生物的一个奇妙方面是,它们可以代谢看似不可能的物质,例如金属,产生对细胞有用的能量。”

在肮脏的玻璃器皿中发现具有金属饮食的细菌

研究还表明,细菌可以利用锰将二氧化碳转化为生物质,这一过程称为化学合成。以前,研究人员知道细菌和真菌会氧化锰或剥夺电子,但他们只是推测尚未被鉴定的微生物可能能够利用该过程来推动生长。

Leadbetter在进行了不相关的实验后,偶然发现了这种细菌,该实验使用了一种轻巧的粉笔状锰。在离开学校工作几个月之前,他已经将一个装有物质的玻璃罐子放在自己的Caltech办公室水槽中浸泡在自来水中。当他回来时,罐子上涂有深色材料。

“我以为,'那是什么?'”他解释道。“我开始怀疑是否需要长期追寻的微生物可能是造成这种情况的原因,所以我们系统地进行了测试以找出原因。”

黑色涂层实际上是由新发现的细菌产生的氧化锰,这些细菌很可能来自自来水本身。他说:“有证据表明,这些生物的亲属生活在地下水中,帕萨迪纳的一部分饮用水是从当地的含水层中抽出的。”

锰是地球表面上最丰富的元素之一。锰氧化物为深色块状物质,在自然界中很常见。它们已经在地下沉积物中发现,也可以在水分配系统中形成。

Leadbetter说:“有一系列关于饮用水分配系统被锰氧化物堵塞的环境工程文献。”“但是产生这种物质的方式和原因仍然是一个谜。显然,许多科学家认为细菌利用锰作为能源可能是负责任的,但是直到现在,仍没有支持这种想法的证据。”

这一发现有助于研究人员更好地了解地下水的地球化学。众所周知,细菌可以降解地下水中的污染物,这一过程称为生物修复。当这样做时,几种关键生物将“还原”氧化锰,这意味着它们以向人类捐赠电子的方式,类似于人类在空气中使用氧气的方式。科学家们一直想知道氧化锰从何而来。

Leadbetter说:“我们发现的细菌可以产生它,因此它们享有一种生活方式,还可以向其他微生物提供他们进行我们认为有益和理想的反应所需要的东西。”

研究结果也可能与理解遍布海底的锰结核有关。这些圆形的金属球可能像葡萄柚一样大,早在1870年代HMS挑战者号航行中就为海洋研究人员所熟知。从那以后,人们发现这种结核遍布地球许多海洋的底部。近年来,矿业公司一直在计划收获和开发这些结核,因为经常发现稀有金属集中在其中。

但是人们对结核的形成一无所知。Yu和Leadbetter现在想知道与他们在淡水中发现的微生物相似的微生物是否会发挥作用,因此他们计划进一步调查这个奥秘。于说:“这突显了在采矿之前将海洋锰结核彻底清除之前有必要更好地了解它。”

伍德沃德说:“贾里德和杭的这项发现填补了我们对地球元素周期的理解方面的一个重大知识空白,并增加了锰(一种深奥但常见的过渡金属)塑造了地球生命演化的多种方式。”加州理工学院地球生物学教授菲舍尔(Fischer)没有参与这项研究。

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