微生物如何知道如何与无生命的物体共享电子？多种微生物可以将电子发送到导电材料中或从导电材料中接收电子。请看依靠不同类型细菌与石墨电极交换电子的燃料电池。
但是研究人员一直想知道这种能力是如何产生的。大多数生物体通过将电子添加到一种分子并从另一种分子中移除电子来在内部产生能量。但是，一些微生物发现自己处于必须合作才能产生生命能量的环境中，与其他物种交换分子或电子。这些微生物是否通过在彼此之间通过环境中的导电材料来回传递电子来增强其能量管理，从而提高其生长能力？6月4日发表在美国国家科学院院刊上的研究表明，答案是肯定的；一些细菌确实在野外构建导电电网。
东京药科大学和生命科学大学的微生物学家渡边和也（Kazuya Watanabe）说：“微生物利用导电矿物质作为电线，在彼此之间传递电子。”他是进行这项研究的团队成员。他补充说，这标志着首次有人提供“确凿的证据”，证明不同物种以这种方式相互传递电子。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
研究人员测试了各种含有土壤细菌地杆菌和反硝化硫杆菌的溶液，当它们可以找到一两个备用电子时，它们分别通过食用醋酸盐（一种使醋变酸的有机化合物）和硝酸盐（一种带负电的生物可利用的氮和氧分子）来茁壮成长。当科学家们将这些微生物中的任何一种单独放入含有这两种化合物的溶液中时，什么也没有发生。当将两种类型的微生物放在一起放入它们最喜欢的食物溶液中时，情况也没有改善，这表明这些生物缺乏在它们之间直接转移电子的能力。
但是，当科学家们添加了磁铁矿（一种导电的铁基矿物，以磁石而闻名，磁石提供了古代磁铁）时，细菌忙碌地开始工作，愉快地合作，通过磁铁矿颗粒来回传递电子。而且，尽管添加了氧化铁红色矿物赤铁矿（一种不良导体）也能产生同样的效果，但由此产生的微生物生长较小且较慢（当尝试非导电铝矿物时则不存在）。
事实上，在磁铁矿存在的情况下，唯一减缓微生物速度的是它们自身的生长能力。渡边说：“我们认为[这种电子交换]在土壤、沉积物和矿石中一定非常普遍。”
当科学家们仔细检查生长群落中的细胞时，他们发现细胞表面有磁铁矿纳米颗粒，在某些情况下，铁矿物颗粒连接着微生物对。换句话说，他们观察到了一种基本的生物电网，并且由于其尺寸，这种电网对电子流动产生的电阻非常小。
在此项研究之前，丹麦奥胡斯大学的微生物生态学家拉斯·彼得·尼尔森（Lars Peter Nielsen）及其同事已经证明，在丹麦奥胡斯湾底部的缺氧淤泥中工作的微生物在相对较大的厘米距离内交换电子，尽管细菌如何做到这一点仍然未知。一种假设是它们为此任务构建了纳米级导线，或者从细胞到细胞释放分子。但是，与构建像纳米线或分子这样的生物结构相比，使用环境中已经存在的电导体需要更少的能量和材料投入，而这可能是微生物根据新发现所做的事情。
现在，未参与这项新研究的尼尔森正在推测微生物如何最好地利用周围的天然导体。“有了电导体在周围，将货物兑换成一种通用且更具流动性的货币——电子，似乎非常有吸引力，”他认为。“为了充分利用这些微型电极的好处，我认为微生物可能已经开发出控制它们位置的结构，而不仅仅是依赖于偶然的接触，”他补充道。
这个想法仍有待证明。与此同时，新的发现表明，像G. sulfurreducens和T. denitrificans这样的微生物可能会在任何发现它们自己的地方构建电网。毕竟，磁铁矿和其他导电矿物质在地球上大量存在，而这种基于金属的电网，通过允许电子的长距离传输，将促进微生物的生长。人类也可能从细菌电网建设中受益。了解微生物如何构建其电网可能有助于我们构建更好的燃料电池，以将这种潜力为我们所用。