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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)
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)