发现了一种以电子为食的新生物

也许这样的细菌会在火星上生存

科学家已经安装了碳纤维电极（灰色）作为吸收电能（橙色）的微生物的诱饵。这些微生物的生长速度令人难以置信，因此电极在地下放置了五个月。照片：Yamini Jangir和Moh El-Naggar

几个世纪以来，生物学家一直认为地球上的所有生命都分为两种类型：光养生物和化学营养生物。前者从阳光中获得电能，而后者则从环境中像人一样消耗大量能源。

但是最近发现，在地球上（可能在其他星球上），存在着第三种可以吃纯电力的生活。

科学家们震惊地意识到，很长一段时间以来，人眼所隐藏的生命可能会变得如此广泛。毕竟，这些微生物能够大量生活在地球表面以下深处的富含矿物质的静脉中，在海床下方的海洋沉积物中等。

去年，日本生物学家研究了深海铁细菌酸性氧化铁杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans），该细菌将亚铁氧化为三价铁，并以吸收的能量为生。科学家建议这些细菌不一定需要铁-并且设法为它们提供清洁的电力。但是，日本人未能证明自然界中存在着用纯电力供应生物的现象，尽管他们能够在热液源附近检测到地电流。

美国生物物理学家也一直在研究野生动植物中的电子营养现象。例如，教授莫埃尔-纳贾尔（莫埃尔-纳贾尔），与研究生一起雅米妮（Yamini）贾汉吉尔寻找这样的生活情调的（雅米妮（Yamini）Jangir）攀升到达位于南达科他州西南部的布莱克希尔斯山脉的一处废弃矿井的一个半公里的深度。他们发现了矿工留下的旧生锈的管道-并抽出一些水进行实验。科学家认为，水中存在细菌以电为食，铁的氧化方法与日本实验相同。


研究生Yamini Jangir从一个废弃矿井的管道中抽水，深度为一个半公里。照片：康妮·A·沃尔特和马特·卡普斯特

生物物理学家将电极放在提取的水样品中，并使电流通过，使样品停留五个月以使微生物生长。

科学家将在不久的将来发表其科学工作的结果。他们将加入众多的生物学家小组，他们试图寻找被称为直接电子转移的自然现象的证据。

近年来，已经取得了几项发现，证实了食用细菌在地球上很普遍的理论-它们比任何人想象的都要多。来自加利福尼亚附近卡塔利娜岛附近海底的最新样本显示，各种各样的细菌可以从金属和矿物中提取电力。

现在，科学家们正试图了解细菌的代谢如何发生，而细菌直接从环境中产生电能。日本同事表明，膜中含血红素的蛋白质与环境中的电子转移有关。也就是说，电流直接通过膜-以前认为这是不可能的过程。



电源本身不足为奇。人和所有其他生物都以细胞水平为食。如何浪漫曾说人生诺贝尔奖得主圣捷尔吉·阿尔伯特的这一基本原则，“生命-只有电子谋求和平”。问题是我们如何从环境中提取它。

El-Naggar教授和其他科学家小组正在研究一种称为石自养生物的新型生物，该生物利用无机物质产生能量，并能够从二氧化碳和其他无机化合物合成其细胞的所有成分。换句话说，这些细菌从铁，硫，锰和其他无机化合物中提取能量。在某些条件下，他们可以依靠清洁的电力生活。

这种细菌吸收纯形式电子的能力就是所谓的直接电子转移-一个非常奇怪的现象，因为它似乎违反了生物物理学的基本定律。根据法律，厚的细胞膜可充当绝缘体；电子不得穿过它。 “没有人会相信细菌可以从细胞内部获取电子并将其移出，”地质学家肯尼思·尼尔森（Kenneth Nealson）在去年伦敦应用微生物学会成员的一次演讲中说。

但是发现的微生物有能力做到这一点。


肯尼斯·尼尔森（Kenneth Nilson）的演讲

2006年，生物学家首先能够借助三种特殊的蛋白质来了解这种机制的工作原理。它们位于膜中并形成导电桥，电子通过该导电桥从细胞转移到外部。然而，科学家们仍在继续讨论具体细节，但是事实证明存在这种机制。

此后，生物学家开始寻找证据，证明电子从外部环境反向转移到细胞中。在2009年，证明该细菌是maripalocus maripaludis它可以在电极上繁殖，但直到去年才发现了它如何接收电的机制-事实证明，这种细菌使用一种特殊的酶，该酶将导体中的电子与水的质子配对以产生氢原子，这是细菌中常见的食物。



尽管这是一种“作弊”，即不是直接的电子转移，但是一些科学家认为其他细菌仍可以从环境中直接提取电子，也就是说，直接的电子转移仍然存在。

生物学家认为，新型细菌的研究仍处于起步阶段，有望带来许多发现。 El-Naggar教授将现代实验与神经学中的第一个实验进行了比较，当时科学家将电极插入青蛙中以使其肌肉收缩。

该领域的科学发现可以阐明地球上生命的起源。此外，这些发现极大地扩展了其他行星上微生物的潜在栖息地，在那里，生命可以藏在行星表面之下。


火星表面

这样的微生物可以在例如火星的极端条件下生存，因为在火星上有很多铁，并且地下有水库。如果我们有一个从铁中提取电子并接触水的系统，那么这对于此类细菌的代谢是最必要的。

因此，如果在下一次前往火星的任务中发现了活的微生物，这根本不会令生物学家感到惊讶。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN395353/