研究者發(fā)現(xiàn)以電力為食的活細(xì)胞：細(xì)菌會“食電” 人類可能否？
食電細(xì)菌在電極上的掃描電鏡圖像。（網(wǎng)絡(luò)供圖）
還記得《口袋妖怪》里可愛的皮卡丘嗎？在現(xiàn)實(shí)生活中，竟然也能找到和它一樣，同樣靠電力保持存活“縮小版”同胞——“食電細(xì)菌”。在細(xì)菌的領(lǐng)域，存在著依靠不同能量來源存活的家族，而其中最奇特的就數(shù)這種以電力為食的活細(xì)胞。它們不僅千真萬確的存在，而且遍布四方，以令人難以置信的全新生命形式存在，所攝入和排泄的，實(shí)質(zhì)上都是電力。
采寫
本報(bào)記者 黃嵐
圖片：gettyimages
有生命的“電子洪流”
前段時(shí)間，在加州薩克拉門托市舉行的戈?duì)柕率┟芴氐厍蚩茖W(xué)大會上，內(nèi)爾森實(shí)驗(yàn)室的Shiue-lin Li展示了培養(yǎng)食電細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。南加州大學(xué)的Yamini Jangir展示了另外的獨(dú)立實(shí)www.oriental01.com驗(yàn)結(jié)果，他們培育的食電細(xì)菌采集自加州莫哈維沙漠死亡谷中的一口井。和地球上任何其他生物不同，食電細(xì)菌利用的是能量最純粹的形態(tài)——從巖石和金屬中攫取的純電子流。來自南加州大學(xué)的研究者Kenneth Nealson表示，當(dāng)你將生命解析到極細(xì)微的層次上，便會發(fā)現(xiàn)它就是一股電子的洪流，因此食電細(xì)菌的存在也算不上全然前所未聞。通過明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究者們發(fā)布的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，他們培育的一種細(xì)菌能夠從鐵電極上收集電子。據(jù)研究者M(jìn)oh El-Naggar聲稱，他們的研究可能是目前為止，食電細(xì)菌能夠僅靠電子而無需食物培養(yǎng)最令人信服的例子。
令人期待的是，這樣奇特的細(xì)菌還“陸續(xù)有來”。Nealson的博士研究生Annette Rowe目前已鑒別出8種不同的食電細(xì)菌。令他感覺格外興奮的是，那么多種食電細(xì)菌，彼此之間大不相同，而且沒有一種與希瓦氏菌或者地桿菌相似，這意味著微生物世界還有很大一部分未被我們了解。
設(shè)想：用食電細(xì)菌
來充當(dāng)電線？
不少研究人員都證實(shí)，在地球上，食電細(xì)菌可能也有實(shí)際的用途，比如建造能夠做下水道或受污染的地下水清潔等有益工作，同時(shí)又從環(huán)境中獲取能量的生物機(jī)器。“在最初的微生物燃料電池導(dǎo)電機(jī)理研究中，發(fā)現(xiàn)希瓦氏菌和地桿菌是在注入碳源條件下，有導(dǎo)電特性。這有可能是這種菌在正常情況下利用碳源作為自己的食物的新陳代謝方式。”孔曉英研究員告訴記者，“而在極端條件下，這兩種菌為了生存而改變了代謝途徑。如果是單純的食電菌似乎不能起到這個作用，因?yàn)槭畴娋盏氖请娮樱鬯枰コ氖菑?fù)雜的有機(jī)物，這就需要其他種類的細(xì)菌降解這些污染物并產(chǎn)生電子，再由食電菌捕獲，人為將電能導(dǎo)出收集或利用。除用于廢水處理并獲取能量外，食電菌還可能作為生物電線應(yīng)用到電力傳輸方面。”
說到生物電線，不僅好玩而已。研究證明，這種電線的導(dǎo)電性能幾乎和家里烤面包機(jī)的線纜一樣優(yōu)良。在不久的將來，也許還會開拓出另一個有趣的研究領(lǐng)域。對此孔曉英研究員表示，食電細(xì)菌的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能環(huán)保，缺點(diǎn)是穩(wěn)定性能欠佳，對環(huán)境敏感，可能存在細(xì)菌死亡，工作停止的狀況。未來，可基于微生物燃料電池技術(shù)應(yīng)用在廢棄物處理領(lǐng)域，優(yōu)點(diǎn)是可以收獲電能，工作原理是在其他種類細(xì)菌降解有機(jī)廢棄物釋放電子后，食電菌吸收這些電子，并傳遞到電池陽極上，不斷結(jié)合陰極電子，形成電流。
人類未來
是否也可“以電為食”？
不少從事食電細(xì)菌研究的'科學(xué)家都認(rèn)為，微生物世界還有很大一部分未被我們了解，他們相信人們很快就會發(fā)現(xiàn)同時(shí)吃掉和排出電子的細(xì)菌。在兩根電極之間培育的細(xì)菌能夠永遠(yuǎn)自我維持，如果沒有什么吃掉或者毀掉它們，理論上來講，人類應(yīng)該能夠永久性地維持它們。就連美國航空航天局（NASA）也對這種深埋地下的生物感興趣，因?yàn)檫@樣的生物往往靠很少的能量就能存活，可能提示著太陽系其他地方的生命形式。
大膽地試想一下，在未來，人類是否也有可能和食電細(xì)菌一樣“以電為食”，單靠電力便可以維持生命形式？孔曉英研究員回答，這幾乎不可能�！叭梭w的組成和代謝要比細(xì)菌復(fù)雜得多，人體維持生命需要碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)這三大營養(yǎng)物質(zhì)，在人體代謝過程中產(chǎn)生能量ATP，供給人體內(nèi)的物質(zhì)合成和完成各種生命活動，單靠電力似乎不能滿足人體營養(yǎng)的需要和能量的供給�！彼@樣解釋道，“食電菌是新發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌，對于其前所未聞的代謝方式本人存在質(zhì)疑”。但孔曉英研究員認(rèn)為食電菌也是一種菌，也是需要新陳代謝的，也有一定的生理特性。雖然它的產(chǎn)電性不可能很大，但在某些特定微能源領(lǐng)域可能會有巨大的能源潛力，這還需做更深入的研究確定它的科學(xué)性。
顛覆性的發(fā)現(xiàn):
直接攝入電子并排出電子
研究者Nealson認(rèn)為，食電細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)表明：有些非�；镜纳问娇梢岳@過糖類這個“中間人”，直接掌握能量最純粹的形式：從礦物表面獲取的電子。研究小組僅僅利用電力保持細(xì)菌的存活，不給糖或任何其他營養(yǎng)物質(zhì)。他們認(rèn)為這就相當(dāng)于人類在做一件極端危險(xiǎn)的事情——把手指頭插進(jìn)交流電插座來給自己充電。“這種生命非常聰明，它搞清楚了如何從我們吃下的一切食物中吸出電子，并保持對它們的控制�！�
為了培養(yǎng)食電細(xì)菌， Nealson的研究團(tuán)隊(duì)從海床上采集了沉積物帶回實(shí)驗(yàn)室，然后插入電極，發(fā)現(xiàn)：沉積物里面的細(xì)菌既能夠從高電壓電極中“吃掉”電子，也能夠向低電壓電極“排出”電子，由此產(chǎn)生一個電流。
廣東能源研究所研究員孔曉英告訴記者，希瓦氏菌和地桿菌在微生物燃料電池的相關(guān)研究中受到很多關(guān)注，在先前的研究中這兩種菌為產(chǎn)電菌，即代謝有機(jī)物維持生長并將代謝產(chǎn)生的電子排出體外的細(xì)菌。食電細(xì)菌的這種特性與已發(fā)現(xiàn)的任何細(xì)菌和生物的代謝都截然不同，是一種極其特殊的，難以想象的生存方式�！鞍l(fā)現(xiàn)希瓦氏菌和地桿菌是直接攝入電子并排出電子，這是顛覆性的發(fā)現(xiàn)�！�
食電細(xì)菌Vs普通細(xì)菌
細(xì)菌是所有生物中數(shù)量最多的一類，對于人類來說，細(xì)菌既是最大的敵人也是最好的朋友。不但人體身上也帶有相當(dāng)多的細(xì)菌，體內(nèi)及表皮上的細(xì)菌細(xì)胞總數(shù)約是人體細(xì)胞總數(shù)的十倍，而且人類也時(shí)常利用細(xì)菌，例如乳酪及酸奶和酒釀的制作、部分抗生素的制造、廢水的處理等，都與細(xì)菌有關(guān)。然而,食電細(xì)菌卻與我們平時(shí)所了解到的細(xì)菌有很大不同。食電菌是以電子為直接營養(yǎng)物質(zhì)并排泄電子的具有特殊代謝方式的細(xì)菌。普通的細(xì)菌生長需要更為豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，如碳水化合物、蛋白質(zhì)、無機(jī)鹽等，普通細(xì)菌在利用這些有機(jī)物或無機(jī)物為自身的生長提供能量，而食電菌只需要電子為自身供能，這種生長方式極其特別。
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