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微生物学家发现了以金属为食的细菌,结束了长达一个世纪的研

这一发现结束了一个世纪以来对生活在锰上的微生物的研究。

加州理工学院的微生物学家发现了一种以锰为食的细菌,它们将锰作为卡路里的来源。这种微生物在一个多世纪前就被预测存在,但直到现在才被发现或描述。

它们是最早发现的以锰作为燃料来源的细菌。加州理工学院环境微生物学教授Jared Leadbetter说。他与博士后学者Hang Yu合作,在7月16日的《自然》杂志上描述了这一发现。自然界微生物的一个奇妙之处在于,它们能代谢金属等看似不太可能的物质,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质,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,但他们只是推测尚未被识别的微生物可能能够利用这一过程来促进生长。

利百特是在进行了一些不相关的实验后,偶然发现了这种细菌的。他把一个弄脏了这种物质的玻璃瓶放在加州理工学院办公室的水池里,浸泡在自来水里,然后离开学校去工作了几个月。当他回来时,罐子上涂了一层黑色的材料。

我想,那是什么?他解释说。我开始怀疑长期以来广受欢迎的微生物是否对此负有责任,所以我们系统地进行了测试,以查明原因。

黑色的涂层实际上是由新发现的可能来自自来水本身的细菌产生的氧化锰。有证据表明,这些生物的近亲生活在地下水中,而帕萨迪纳的一部分饮用水是从当地的地下蓄水层抽上来的。他说。

锰是地球表面最丰富的元素之一。锰氧化物呈黑色,块状,在自然界中很常见;它们在地下沉积物中被发现,也可以在水分配系统中形成。

有一整套关于饮用水分配系统被氧化锰堵塞的环境工程文献,利百特说。但是这些材料是如何以及出于什么原因产生的仍然是个谜。显然,许多科学家认为细菌利用锰作为能源可能是原因,但直到现在还没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。当这样做的时候,几个关键的生物体会减少。氧化锰,这意味着它们向它提供电子,就像人类利用空气中的氧气一样。科学家们想知道锰氧化物最初是从哪里来的。

我们发现的细菌可以产生这种物质,因此它们的生活方式也为其他微生物提供了进行我们认为有益和可取的反应所需的物质。利百特说。

研究结果也可能与了解锰结核有关,锰结核分布在海底的大部分。这些圆形的金属球有葡萄柚那么大,早在19世纪70年代的英国皇家海军挑战者号上就为海洋研究人员所知。从那时起,人们在许多地球海洋的底部发现了这样的结核。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结核中。

但人们对结节最初是如何形成的知之甚少。Yu和Leadbetter现在想知道,与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,他们计划进一步调查这个谜团。这强调了在海洋锰结核被采矿破坏之前,有必要更好地了解它们,Yu说。

Jared和Hang的这一发现填补了我们在理解地球元素循环方面的一个主要智力空白,并增加了锰——一种深奥但常见的过渡金属——塑造地球上生命进化的多种方式。加州理工学院的地球生物学教授Woodward Fischer说,他没有参与这项研究。

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参考文献:细菌通过锰氧化化能自养作者Hang Yu和Jared R. Leadbetter, 2020年7月16日,Nature。

DOI: 10.1038 / s41586 - 020 - 2468 - 5

这项研究由美国宇航局和加州理工学院资助。

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