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#新浪科技综合#首次发现以锰为食的细菌新浪科技综合2020-07-27 10:12:180阅

来源：原理
科学史上最著名的“偶然”大概要数青霉素的故事 。 生物学家亚历山大·弗莱明经常忘记给细菌培养皿盖盖子 ， 让细菌培养基无意间被青霉孢子污染 ， 结果无意促成了人类最伟大的发现之一 。 类似的故事其实并不少见 。 今天的故事也是一个要从“马虎的偶然”说起的故事 。 （我们曾介绍过另一项由失误和“拖延”开始的研究 ， 详见《一次失误 + 一次拖延 = 一个新发现》 。 ）
Jared Leadbetter是加州理工学院的一位环境微生物学教授 。 一次 ， 他用一些碳酸锰进行了实验 。 实验结束后 ， 他觉得清洗有些麻烦 ， 便把沾满这种物质的玻璃瓶灌满水想先浸泡一下 ， 然后放在办公室的水槽里便离开了 。 但随后的几个月 ， 他都在校外忙于工作 ， 一直没有回到办公室 。
当他终于回来的时候 ， 水槽里“糟糕”的一幕浮现在他眼前 ， 玻璃瓶上出现了一层黑色的物质 。 这恰恰引起了Leadbetter教授的好奇 ， 他想知道这些东西是什么 ， 微生物跟它会不会有什么关系 。
【#新浪科技综合#首次发现以锰为食的细菌新浪科技综合2020-07-27 10:12:180阅】随后他和博士后研究员Hang Yu进行了实验分析 ， 首次发现了以锰为食的细菌 ， 这些细菌会将金属作为能量来源 。 两人将新发现的两种细菌分别命名为Candidatus Manganitrophus noduliformans和Ramlibacter lithotrophicus 。 这类微生物在一个多世纪前就被预言存在 ， 但直到现在才被发现并确认 。 这项研究已于近日发表在《自然》杂志上 。
#新浪科技综合#首次发现以锰为食的细菌新浪科技综合2020-07-27 10:12:180阅
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图1/3落射荧光显微镜捕捉到氧化锰上的两种新发现的细菌物种（紫红色和绿色） 。 | 图片来源：H 。Yu & J.R 。Leadbetter/Nature锰是地球上最丰富的元素之一 ， 它经常以氧化锰的形式出现在自然界中 。 氧化锰是一种黑色的团块状物质 ， 从地壳的沉积物到洋底深处 ， 它们几乎“无处不在” 。 除此之外 ， 许多环境工程的文献会提到 ， 饮用水的配水系统会被锰氧化物堵塞 ， 但这些物质是如何产生的 ， 以及为什么会在那里产生 ， 一直是个谜 。 许多科学家怀疑 ， 用锰作为能量来源的细菌可能是“罪魁祸首” 。
自然中的许多微生物拥有一些惊人的能力 ， 它们可以代谢看似不可能的物质 ， 比如金属 。 科学家很早就发现 ， 细菌能够从不少化学元素那里“借到”电子 ， 比如氮、硫和铁 。 在一些情况下 ， 细菌甚至可以用这些电子来产生对细胞有用的能量 ， 就像人类利用碳水化合物的电子来获得能量一样 。 如果细菌从锰那里获得电子时 ， 它们应该就会将锰变成黑色的氧化锰 。 但这仅仅是推测 ， 科学家一直没能找到证据证明细菌可以利用锰来驱动生长 。
#新浪科技综合#首次发现以锰为食的细菌新浪科技综合2020-07-27 10:12:180阅
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图2/3氧化锰小结核的扫描电子显微照相图 。 | 图片来源：H 。Yu/Caltech而这次 ， Leadbetter看到的玻璃瓶上的黑色物质正是由细菌产生的氧化锰 。 Leadbetter和Yu首先在玻璃瓶中发现了约70个细菌物种 ， 它们很可能是自来水中的细菌 。
随后 ， 两位科学家分离出了Candidatus Manganitrophus noduliformans和Ramlibacter lithotrophicus这两种新的细菌 。 当这两种细菌都存在时 ， 就会产生氧化锰 。 它们可能都来源于自来水 ， 因为有证据表明 ， 这些生物的近亲生活在地下水中 ， 而帕萨迪纳（加州理工所在地）的饮用水有一部是从当地含水层中抽取的 。
研究还表明 ， 这些细菌可以利用锰将二氧化碳转化为生物量 ， 这个过程被称为化能合成 。 如果提供碳酸锰 ， 这些细菌就会呈指数增长 。 当细菌种群规模增加时 ， 氧化锰产生的速率也随之增加 。
但研究人员尚不确定这两个细菌物种的具体角色 ， 它们究竟是共同“合作”产生能量 ， 还是其中某一种起到了主要作用 ， 而另一种只是“搭了顺风车” 。 这也是研究人员接下来希望揭开的谜团之一 。
这一发现能帮助科学家更好地了解地下水的地球化学 ， 它填补了我们对地球元素循环认识上的一个重大的空白 ， 并让我们理解了锰这种过渡金属塑造地球上生命演化的更多方式 。
众所周知 ， 一些细菌可以降解地下水中的污染物 ， 这一过程被称为生物修复 。 在生物修复中 ， 一些关键的生物会还原氧化锰 ， 也就是说 ， 它们会向氧化锰提供电子 ， 就像人类利用空气中的氧气一样 。 现在科学家知道了这些氧化锰的来源 ， 就能开始寻找更好的办法来控制它们 。
这项研究结果也可能会帮助我们了解分布在海底的锰结核 。 早在19世纪70年代英国海军研究船“挑战者”号巡航时 ， 海洋研究人员就发现了这些圆形的金属球 。 从那时起 ， 在洋底的许多地方都发现了类似的结核 。 近年来 ， 矿业公司一直在计划开采利用结核 ， 因为稀有金属通常会集中在这里 ， 但人们对它们形成机理却知之甚少 。 Leadbetter下一步也想了解 ， 与淡水微生物相似的一些微生物 ， 是否也在海底结核的形成中起到了作用 。
用Leadbetter的话说：“让我们看看能不能在其他环境中发现这些微生物 ， 而不止是在我的水槽里 。 ”


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