科学家发现以锰为食的细菌

未知 2020-07-31 10:27
科学家发现以锰为食的细菌



一个世纪以来,学界早就推测存在以锰为食的微生物,而最近的一项研究才首次确认了它们的存在。这些细菌被发现于自来水中,它们通过将二价锰氧化为四价锰获得能量。这一发现有助于更好地了解地下水的地球化学。
 
 
 
 
加州理工学院的研究团队发现了由细菌产生的氧化锰结核。锰结核的直径一般为 0.1 至 0.5毫米。该图是扫描电子显微镜拍摄的伪彩图。图片来源:喻航/加州理工学院
 
来源 加州理工学院
 
翻译 页一
 
审校 张之典
 
加州理工学院(Caltech)的微生物学家发现了一种以锰为食的细菌,它们将锰作为能量来源。一个多世纪前就有人预测这种微生物的存在,但直到现在人们才发现它。
 
Jared Leadbetter 是加州理工学院的环境微生物学教授,他与博士后学者喻航(Hang Yu)合作,在 7 月 16 日的《自然》(Nature)杂志上发表了这一发现。他说:“这是首次发现以锰为能量来源的细菌。自然界微生物的一个奇妙之处在于,它们可以代谢金属等看似不可能被代谢的物质,并产生对细胞有用的能量。”
 
这项研究还揭示了细菌可以利用锰将二氧化碳转化为生物量,这个过程被称为化学合成。此前,研究人员知道细菌和真菌可以氧化锰或剥夺锰的电子,但他们只是推测,可能有尚未被发现的微生物利用这一过程来促进生长。
 
Leadbetter 是偶然发现这种细菌的。他在用轻型的白垩土状的锰进行不相关的一些实验后,把一个被这种锰弄脏的玻璃瓶浸泡在自来水里,放在加州理工学院办公室的水池里。然后他离开学校工作了几个月,回来时发现瓶子上覆盖了一层黑色的材料。
 
他解释道:“我当时想,‘那是什么?’我开始猜测,这种黑色材料可能与人们搜寻已久的那些微生物有关,因此我们进行了系统的测试以弄清这一点。”
 
实验发现,黑色的覆盖层实际上是氧化锰,由新发现的细菌产生,这些细菌可能来自自来水。Leadbetter 说:“有证据表明,这些生物的 ‘近亲’ 生活在地下水中,而帕萨迪纳市的一部分饮用水是从当地的地下蓄水层抽上来的。”
 
锰是地球表面最丰富的元素之一。锰的氧化物呈黑色块状,在自然界中很常见;它们在地下沉积物中被发现,也可以在水分布系统中形成。
 
Leadbetter 说:“已有一系列环境工程文献描述了饮用水供应系统被氧化锰堵塞的情况。但是这些材料如何产生、为何产生,仍然是个谜。显然,许多科学家都认为以锰作为能源的细菌可能是‘罪魁祸首’,但直到现在才有证据支持这一观点。”
 
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,这个过程被称为生物修复。在这个过程中,一些关键的生物会还原氧化锰,也就是说它们向氧化锰提供电子,就像人类利用空气中的氧气一样。科学家们很想知道这些氧化锰最初是从哪里来的。
 
Leadbetter 说:“我们发现的细菌可以产生氧化锰,因此它们的生活方式也可以为其他微生物提供所需的物质,使后者进行我们认为有益的反应。”
 
该研究结果也可能有助于了解锰结核。圆形的锰结核分布在海底的大部分区域,大小可能达到葡萄柚的尺寸,早在 19 世纪 70 年代就为英国皇家海军挑战者号(HMS Challenger)上的海洋研究人员所知。从那时起,在地球上许多海洋的底部都发现了这样的结核。近年来,矿业公司一直在制定开采这些结核的计划,因为稀有金属往往集中在这些结核中。
 
但人们对锰结核最初是如何形成的知之甚少。喻航和 Leadbetter 现在想探究他们在淡水中发现的类似的微生物是否在其中发挥了作用,他们计划进一步研究这个谜团。喻航表示:“这表明我们很有必要赶在海洋锰结核被开采破坏前更好地了解它们。”
 
“Jared 和喻航的这一发现填补了我们对地球元素周期的一个重要知识鸿沟。锰是种难以捉摸但常见的过渡金属。这一发现还为锰影响地球上生命演化增添了新的途径。”加州理工学院的地生物学教授? Woodward Fischer 说,他没有参与这项研究。
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