细菌“发电式呼吸”突破：或革新生物能源技术
2025-05-27 09:20:55 作者：狼叫兽
近日，科研人员在细菌生存机制方面取得了新发现，揭示了一种不同于传统认知的“呼吸”方式，这一突破可能对生物技术和能源系统产生深远影响。
研究显示，某些细菌并不依赖氧气进行代谢，而是通过向外排出电子来完成能量转换，从而实现“发电式呼吸”。这一过程被称作“胞外呼吸”（extracellular respiration），其关键在于一种名为萘醌（naphthoquinones）的天然化合物，它像“分子快递员”一样帮助细菌将电子传递至外部环境。
该研究由莱斯大学教授Caroline Ajo-Franklin带领团队完成，第一作者为该校博士生Biki Bapi Kundu。他们指出，这种机制既简洁又高效，使细菌能在缺氧条件下仍可分解营养物质并释放能量。研究融合了生物学与电化学的多学科方法，揭示了细菌代谢中此前未被发现的策略。
在现代生物中，大多数生命体依赖氧气作为最终电子受体来完成能量代谢。然而，由于细菌存在于地球的时间远早于动植物，它们已在极端环境中演化出多种生存方式，例如深海热泉或人体肠道等无氧环境。
研究人员结合计算机建模与实验验证，发现当处于富含导电材料的环境中时，这些细菌能够在无氧条件下持续生长并释放电能。合作团队还包括加州大学圣地亚哥分校的Palsson实验室，他们共同模拟了细菌的代谢行为，进一步开发出用于实时监测电子活动的技术。
这项成果已发表于国际学术期刊Cell，不仅阐明了细菌如何利用外部电子传输维持生命活动，也为未来技术发展提供了新的思路。例如，在废水处理和生物制造过程中，通过调控电子转移可提升系统效率；同时，该机制还可被用于结合可再生电力捕获二氧化碳，类似植物的光合作用，为绿色技术提供生物基础。
此外，这一发现还可能推动新型生物传感器的发展。这类传感器可在无氧环境中运行，适用于医学检测、环境污染监控，甚至在未来的深空探测任务中发挥作用，开启智能生物电子技术的新阶段。