細(xì)菌很忙：海底架起“活電線”

丹麥奧胡斯大學(xué)的微生物學(xué)家拉斯·彼得·尼爾森在海底的泥漿中意外地測(cè)到了神秘的電流。那么這些電流究竟是如何產(chǎn)生的呢？

經(jīng)過(guò)兩年多的研究，尼爾森和他的同事們終于證實(shí)，在海底的泥漿中居住著一群神奇的細(xì)菌，它們排列在一起，形成了一根根“電線”。

每個(gè)細(xì)菌的直徑只有頭發(fā)絲的百分之一，還不到1微米，長(zhǎng)度也只有幾微米。它們外形“修長(zhǎng)”，每個(gè)個(gè)體體內(nèi)都含有15～17根能夠?qū)щ姷睦w維。

這些細(xì)菌之所以要導(dǎo)電，完全是為生存所迫。

在海底的泥漿中，蘊(yùn)含著大量的硫化物（含負(fù)二價(jià)硫離子），這些硫化物本身具有豐富的能量，細(xì)菌只有通過(guò)有氧呼吸分解硫化物，才能攝取能量?？墒浅练e物底部缺乏氧氣，沒(méi)有足夠的氧就無(wú)法利用這些硫化物。這就如同家有金山卻食不果腹，實(shí)在讓人心酸！

這些聰明的細(xì)菌找到了解決方案——它們?cè)诔练e物中豎直地排列起來(lái)，向頂部的含氧層微微“探出了頭”。底部的細(xì)菌負(fù)責(zé)分解硫化物，獲取能量，并把分解過(guò)程中產(chǎn)生的電子傳輸上去；頂部的細(xì)菌則利用含氧層中的氧氣接收底部傳來(lái)的電子，完成呼吸作用。通過(guò)相互間的導(dǎo)電，這些細(xì)菌實(shí)現(xiàn)了“遠(yuǎn)程氧化反應(yīng)”，共同獲取了能量。

由于這些細(xì)菌非常脆弱，因此任何微小的干擾都有可能導(dǎo)致致命的結(jié)果——用一根細(xì)金屬導(dǎo)線水平地掃過(guò)這些直立的“電線”，就能消除細(xì)菌間的電流信號(hào)，其原理就如同用挖掘機(jī)鏟斷電線一樣。

盡管這些細(xì)菌產(chǎn)生的電流極其微弱，不過(guò)它們勝在數(shù)量驚人。在測(cè)試樣本中，每立方厘米沉積物大約包含4000 萬(wàn)個(gè)導(dǎo)線狀細(xì)菌，如果將它們首尾相連，可以形成長(zhǎng)約117 米的超細(xì)電線。若將這些細(xì)菌大量收集起來(lái)，集中進(jìn)行供電，還是具有一定可行性的。

在尼爾森看來(lái)，這個(gè)發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)直“神了”。“活電線”拓寬了人們對(duì)自然界能量交換的認(rèn)識(shí)，并從一種全新的角度展現(xiàn)了細(xì)菌們的生活方式。尼爾森還探討說(shuō)：這種生物也許比人們想象中分布得更為廣泛——“它們看來(lái)是在缺氧環(huán)境下的最佳生命形式，為什么不能到處都是呢？”

【練一練】

（1） 科學(xué)家們?cè)诤５啄酀{的缺氧環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了一種全新的細(xì)菌，它們能形成“電線”，把沉積物底部的硫化物和上層的氧氣連接起來(lái)，完成呼吸過(guò)程。下列有關(guān)細(xì)胞呼吸的說(shuō)法正確的是

A. 厭氧呼吸的終產(chǎn)物是丙酮酸

B. 還原氫只在需氧呼吸過(guò)程中產(chǎn)生

C. 該細(xì)菌生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)是ATP

D. 葡萄糖只能是需氧呼吸分解的底物

（2） 假設(shè)以硫化氫代替海底硫化物，導(dǎo)電細(xì)菌獲取能量的總過(guò)程類似于把氧氣通入氫硫酸溶液中：2H2S + O2=2H2O + 2S↓。對(duì)此，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

A. 負(fù)極氧化產(chǎn)物是單質(zhì)硫

B. 硫元素被還原

C. 氧氣的氧化性比硫強(qiáng)

D. 溶液的pH值增大

【參考答案】

（1） C （厭氧呼吸的終產(chǎn)物或是酒精和二氧化碳，或是乳酸，丙酮酸則是厭氧呼吸和需氧呼吸第一階段的共同產(chǎn)物。需氧呼吸和厭氧呼吸的過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生還原氫。生物體的直接能源物質(zhì)是ATP，該細(xì)菌雖然結(jié)構(gòu)比較特殊，也不例外。葡萄糖既是需氧呼吸分解的底物，也是厭氧呼吸分解的底物）

（2） B （分析2H2S + O2=2H2O + 2S↓，可知此過(guò)程是一個(gè)典型的氧化還原反應(yīng)，其中氧化劑是氧氣，還原產(chǎn)物是水，還原劑是硫化氫，氧化產(chǎn)物是硫單質(zhì)）