科学家发现细菌新型“呼吸”机制或将革新生物技术与能源系统
时间：2025-06-10 10:15
小编：小世评选
最近，科学界传来了激动人心的消息：研究人员发现了细菌的一种新型生存策略，这种策略的“呼吸”方式与我们通常理解的呼吸完全不同，不再依赖空气。这一突破性的发现有望颠覆生物技术和能源系统的运作方式，带来新的应用机会。
研究是由莱斯大学的Caroline Ajo-Franklin教授及其团队进行的，团队将这种新发现的过程称为“胞外呼吸”（extracellular respiration）。不同于传统细菌需要氧气进行代谢的方式，这种细菌利用以萘醌（naphthoquinones）为基础的自然化合物进行电子传递，将所需的电子释放到外部环境中，以此方式生存和产生能量。
具体细菌在无氧环境中依然能够实现物质的分解和能量的释放，这是通过萘醌作为“分子快递员”的方式来完成的。这些分子能够有效地将电子从细菌传递到其周围环境中，即便在没有氧气的情况下，细菌依旧能够维持其生存。这一发现不仅揭示了细菌代谢的一种新模式，也标志着生物学与电化学的深度交叉研究，开创了新的研究方向。
在此之前，大多数生物体，包括人类和植物，依赖氧气作为最终电子接受体，在其细胞呼吸过程中进行能量的转化。因此，研究人员深入探讨这一现象，发现细菌已在数亿年的演化中，发展出了一种适应极端生存环境的战略。比如在海洋深处的热液喷口，或是人类肠道等氧气稀缺的环境中，细菌能够以这种独特的方式进行代谢。
研究团队通过计算机建模和实验室测试相结合的方法验证了这一现象。他们发现在富含导电表面的无氧环境中，细菌可以持续生长并“发电”。与加州大学圣地亚哥分校的Palsson实验室合作，研究人员进一步模拟了细菌的行为模式，通过这种模拟，揭示了细菌在不同条件下的代谢多样性，甚至开发出了实时监测细菌电子行为的新技术。
这一研究成果已在《Cell》期刊上发表，展示了细菌如何利用外部的电子传递机制来维持其生命活动，为未来的技术应用奠定了基础。特别是在生物技术方面，细菌“发电呼吸”方式可用于优化污水处理以及生物制造等多种过程，借助管理电子失衡的方法来提升系统的整体效率。
Ajo-Franklin教授指出，这项技术也有潜力利用可再生电力来捕获二氧化碳，类似于植物的光合作用。这样的发展将为可持续技术的研发注入新的生机和动力，提供先前未曾实现的可能性。
更为令人兴奋的是，这一机制的应用并不仅限于能源与环境领域。研究团队提到，如果加以开发，这种“胞外呼吸”机制或将催生出无氧环境下的生物电子传感器。这类传感器可以用于医疗诊断，污染监测，甚至是深空探测等领域，极大地拓宽了智能科技的应用范围。
科学家们发现的这一新型细菌呼吸机制，按照现有的研究趋势和技术发展，未来有望改写我们对生物代谢的理解，推动多个领域的技术创新。这一发现不仅丰富了微生物学的知识体系，也为我们应对生态变化、能源危机提供了新的视角与解决方案。细菌在无氧环境中的“电力生产”的发现，可能会引领我们进入一个崭新的生物技术时代，一场关于细菌奇迹的革命正悄然展开。
