细菌很忙:海底架起“活电线”

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丹麦奥胡斯大学的微生物学家拉斯・彼得・尼尔森在海底的泥浆中意外地测到了神秘的电流。那么这些电流究竟是如何产生的呢？

经过两年多的研究，尼尔森和他的同事们终于证实，在海底的泥浆中居住着一群神奇的细菌，它们排列在一起，形成了一根根“电线”。

每个细菌的直径只有头发丝的百分之一，还不到1微米，长度也只有几微米。它们外形“修长”，每个个体体内都含有15～17根能够导电的纤维。

这些细菌之所以要导电，完全是为生存所迫。

在海底的泥浆中，蕴含着大量的硫化物（含负二价硫离子），这些硫化物本身具有丰富的能量，细菌只有通过有氧呼吸分解硫化物，才能摄取能量。可是沉积物底部缺乏氧气，没有足够的氧就无法利用这些硫化物。这就如同家有金山却食不果腹，实在让人心酸！

这些聪明的细菌找到了解决方案――它们在沉积物中竖直地排列起来，向顶部的含氧层微微“探出了头”。底部的细菌负责分解硫化物，获取能量，并把分解过程中产生的电子传输上去；顶部的细菌则利用含氧层中的氧气接收底部传来的电子，完成呼吸作用。通过相互间的导电，这些细菌实现了“远程氧化反应”，共同获取了能量。

由于这些细菌非常脆弱，因此任何微小的干扰都有可能导致致命的结果――用一根细金属导线水平地扫过这些直立的“电线”，就能消除细菌间的电流信号，其原理就如同用挖掘机铲断电线一样。

尽管这些细菌产生的电流极其微弱，不过它们胜在数量惊人。在测试样本中，每立方厘米沉积物大约包含4000 万个导线状细菌，如果将它们首尾相连，可以形成长约117 米的超细电线。若将这些细菌大量收集起来，集中进行供电，还是具有一定可行性的。

在尼尔森看来，这个发现简直“神了”。“活电线”拓宽了人们对自然界能量交换的认识，并从一种全新的角度展现了细菌们的生活方式。尼尔森还探讨说：这种生物也许比人们想象中分布得更为广泛――“它们看来是在缺氧环境下的最佳生命形式，为什么不能到处都是呢？”

【练一练】

（1） 科学家们在海底泥浆的缺氧环境中发现了一种全新的细菌，它们能形成“电线”，把沉积物底部的硫化物和上层的氧气连接起来，完成呼吸过程。下列有关细胞呼吸的说法正确的是

A. 厌氧呼吸的终产物是丙酮酸

B. 还原氢只在需氧呼吸过程中产生

C. 该细菌生命活动的直接能源物质是ATP

D. 葡萄糖只能是需氧呼吸分解的底物

（2） 假设以硫化氢代替海底硫化物，导电细菌获取能量的总过程类似于把氧气通入氢硫酸溶液中：2H2S + O2=2H2O + 2S。对此，下列说法错误的是

A. 负极氧化产物是单质硫

B. 硫元素被还原

C. 氧气的氧化性比硫强

D. 溶液的pH值增大

【参考答案】

（1） C （厌氧呼吸的终产物或是酒精和二氧化碳，或是乳酸，丙酮酸则是厌氧呼吸和需氧呼吸第一阶段的共同产物。需氧呼吸和厌氧呼吸的过程中都会产生还原氢。生物体的直接能源物质是ATP，该细菌虽然结构比较特殊，也不例外。葡萄糖既是需氧呼吸分解的底物，也是厌氧呼吸分解的底物）

（2） B （分析2H2S + O2=2H2O + 2S，可知此过程是一个典型的氧化还原反应，其中氧化剂是氧气，还原产物是水，还原剂是硫化氢，氧化产物是硫单质）