會「放電」的細菌！微生物另類呼吸術開啟永續能源契機

說到「呼吸」，直覺想到吸進氧氣、吐出二氧化碳，但對某些細菌，呼吸定義可能大大不同，不靠氧氣維生，甚至還靠「吐出電流」獲取能量。近日美國萊斯大學（Rice University）發現，某些細菌的特殊機制，能在缺氧環境「呼吸」並產生電流，不僅解答學界長久謎團，也為潔淨能源之發展開啟新大門。論文 4 月刊登於《細胞》（Cell）期刊。

細菌不靠氧氣也能活

一般生物分解食物取得能量過程，最終需「電子接受者」才能完成整套代謝鏈。人類而言，電子接受者通常是氧氣。但某些細菌歷史遠比氧氣出現地球的時間還更早，地球還是缺氧環境時代就出現，並演化出不依賴氧氣的生存機制，故它們即使現在極端缺氧環境如海底火山口、泥沼，甚至人類腸道，依然能繁衍生存。

這次研究主要針對能在人體腸道存活的大腸桿菌（Escherichia coli），團隊發現這些細菌會運用天然化合物「萘醌類」（naphthoquinones），將菌體多餘電子轉到細胞外，稱之為「胞外呼吸作用」（extracellular respiration）。

萘醌分子：細菌的電流快遞

主要作者萊斯大學博士生比奇‧巴比‧昆杜（Biki Bapi Kundu）表示：「我們發現這種機制很簡單卻巧妙，萘醌分子就像微小快遞員，能把電子從細菌內運至外部，幫助細菌持續代謝並產生能量。」萊斯大學團隊成功揭開謎團，這種「吐電呼吸」可能十分普遍，不僅改寫科學界對細菌呼吸方式的理解，也為微生物如何適應極端環境提供新線索。

微小細菌發電機

萊斯團隊還與加州大學聖地牙哥分校（University of California, San Diego）合作，用電腦模擬細菌在完全缺氧但有導電表面的環境如何生長。結果顯示，細菌確實能靠「吐電」生存。後續實驗還證實，當細菌附著導電材料，即使沒有氧氣，也能持續成長並產生微弱電流。這些微小細菌如天然微型發電機，只要給予養分和導體就能發電。