一種「秘密分子」，可以讓細菌發電！科學家正在研製「活的」電池

如圖所示，由地桿菌納米線傳導的電能，可以用來為小型電子設備供電

對於無口無肺的細菌來說，呼吸比人類更複雜。

我們吸入氧氣，呼出二氧化碳；而地桿菌——一種普遍存在的、生活在地下水中的細菌——吞下有機廢物並「呼出」電子，在這個過程中產生微弱的電流。

這些廢棄的電子總是需要去某個地方（通常進入一種豐富的地下礦物，比如氧化鐵），而地桿菌有一種非傳統的工具，來確保它們到達那裡。

科學家表示，地桿菌會通過一個巨大的通氣管呼吸，它的大小是單個地桿菌身體長度的數百至數千倍。這種「通氣管」被稱為納米線。儘管這些微小的導電細絲，比人類頭髮的寬度小10萬倍，但它們能夠穿梭電子——這種驚人的電適應能力，讓地桿菌成為了地球上最令人印象深刻的呼吸器。

在任何時候，數十億的細菌都在海底下嗡嗡作響。

在一項新研究中，科學家們已經找到了一種方式，將這些能量組合成一個強大的微生物電網。

利用先進的顯微鏡技術，研究人員發現了一種「秘密分子」，它使地桿菌能夠長距離呼吸，而這是以前在細菌中看不到的。研究小組還發現，通過用電場刺激地桿菌群，這些微生物傳導電流的效率是自然環境中的1000倍。

研究人員說，了解這些先天的電適應能力，可能是將地桿菌群轉化為可呼吸的「活電池」的關鍵一步。

令人震驚的微生物

研究團隊介紹，在地下深處潮溼、缺氧的土壤中，地桿菌可以在惡劣的環境中生存，其他微生物很少能做到。納米線可以讓它們在沒有氧氣的情況下呼吸，對於保持地桿菌在地下的存活至關重要——因為在那裡，像氧化鐵這樣的電子受體，很少在幾百萬分之一米之外。

然而，在實驗室中生長的地桿菌菌落，並不總是能在豐富的礦物質附近生活。

在先前的研究中，研究人員發現，實驗室裡生長的地桿菌，在暴露於一個小電極或一個導電的圓盤時，顯示出另一個聰明的生存技巧——在電場的刺激下，微生物聚集成緻密的生物膜，成堆成堆的微生物相互連接，通過一個單一的共享網絡移動電子。

「它們像高層公寓一樣，高達數百層。它們可以共享同一個電網，不斷地傾倒電子。」

通過一系列的實驗，研究小組發現，當受到電場的刺激時，地桿菌會產生一種以前未知的納米線，這種納米線比土壤中典型的細菌產生的納米線，傳導電流的效率高出1000倍，使微生物能夠將電子傳送到前所未有的距離。

「眾所周知，細菌可以發電，但沒有人知道其分子結構。幸運的是，我們找到了那個分子。」

成百上千的細菌聚集在一起，可以把多餘的電子注入納米線（紅色）的「巨型通氣管」

活的、有呼吸的電池

十多年來，研究人員一直在利用地桿菌菌落為小型電子設備供電。

這些所謂的微生物燃料電池的一大優勢，就是它們的壽命——細菌幾乎可以無限期地自我修復和繁殖，產生一個小而恆定的電荷。

在2008年進行的一項美國海軍實驗中，研究人員使用地桿菌燃料電池，為華盛頓特區波託馬克河的一個小型氣象浮標供電9個多月，沒有任何減弱跡象。然而，這些燃料電池提供的電量非常小（海軍浮標的功率約為千分之一瓦），嚴重限制了它們能提供電力的電子產品類型。

通過這項新的研究，科學家們現在知道了如何操縱微生物納米線，使它們更堅固、更導電。研究小組表示，這些信息可以使生物電子產品的生產既便宜又容易，有望更早迎來新一代環保、細菌驅動的電池。