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这些细菌的营养不能忽视,病毒感染的细菌可以

来源:http://www.dasbut.com 作者:金沙城中心注册 时间:2019-11-13 18:15

细菌的发现

核心提示:占地球表面积71%的海洋是一个非常严酷的腐蚀环境,桥梁、船舶、管线、码头等以钢铁为主要结构材料的设施时时面临腐蚀的危害。腐占地球表面积71%的海洋是一个非常严酷的腐蚀环境,桥梁、船舶、管线、码头等以钢铁为主要结构材料的设施时时面临腐蚀的危害。腐蚀不仅造成材料的浪费,有时还导致灾难的发生。因此,海洋环境下钢铁腐蚀控制技术研究具有重要意义。从 1991年开始,在7项国家自然科学基金的支持下,中国科学院院士侯保荣和中国科学院海洋研究所海洋腐蚀与防护研究发展中心研究员段继周课题组,先后展开了海洋环境下微生物腐蚀过程与控制技术研究,并在这一领域取得了重要进展。目前,研究人员的目光瞄准了微生物防腐、微生物燃料电池和微生物修复等领域。发现锈层中的微生物群落以前,人们认为腐蚀就是铁和氧生成氧化铁的化学过程,微生物没有参与腐蚀。随着研究的深入,科学家们在钢铁锈层中发现有微生物存在,并逐步认识到钢铁的厌氧细菌腐蚀是海洋腐蚀的一个重要因素。“锈层就是微生物生长的一个微环境。”据段继周向《科学时报》记者介绍,2004年,德国马普微生物所在《自然》上发表过一篇名为《新的厌氧微生物及腐蚀机理》的文章。他们从海洋沉积物中发现一种细菌,并阐述了钢铁提供电子供细菌生长的过程。而在段继周和合作者的研究中,也从钢铁锈层中发现过几种微生物,其中不仅有厌氧细菌,还有厌氧古菌。“我们用分子生物学的方法研究发现,钢铁锈层中实际上存在一个微生物群落,但目前关于这一群落更详细的情况还有待研究。”海水中有大量微生物,有些微生物容易在钢铁表面附着,形成生物膜。生物膜是一个微生物群落结构,包含有好氧和厌氧细菌,随着浸水时间的增加,在金属特别是在钢结构表面,生物膜会由以好氧微生物为主体逐渐变成以厌氧微生物为主体。段继周介绍说,通常认为,硫酸盐还原细菌能够代谢海水中的硫酸盐形成硫化氢,硫化氢对钢铁腐蚀产生严重影响,导致钢铁的局部腐蚀破坏,严重的甚至导致腐蚀穿孔。课题组通过实海挂片、室内埋片和室内模拟,研究了硫酸盐还原细菌在不锈钢表面形成生物膜并导致局部腐蚀破坏的过程。他们还探究了不锈钢钝化膜从金属氧化物到金属硫化物的转变,并在这一转变过程中发生元素铬、钼在钝化膜中富集的现象,提出生物源硫化氢和胞外聚合物在钝化膜的破裂过程中起了主要作用。靠呼吸氧电子生存据介绍,腐蚀是指金属与环境发生化学或电化学反应,生成金属的离子及其腐蚀产物。在海洋环境中,溶解氧是最常见的氧化剂,金属铁与氧气发生电化学反应生成铁锈而发生腐蚀。除了非生物因素外,微生物腐蚀是海洋腐蚀的重要形式。“ 钢铁锈层提供了微生物的生存环境。海洋中的微生物和人一样,在生长过程中也要吃饭、也要呼吸。海水中有丰富的营养物质,微生物不缺食物,但它呼吸什么呢?据我们的推测,它可能是呼吸电子形式的氧。”段继周说,“微生物可以把电子传递给铁,将三价铁还原成二价铁,从而利用了电子形式的氧。这只是微生物的一种生存方式,但在它的生命活动中,铁锈也被转变为另一种形式,被生物矿化了。”研究人员发现,钢铁生锈的前期主要是非生物的腐蚀,后期微生物的作用就显现出来。而且,在海泥环境中存在活性硫酸盐还原细菌的条件下,生成物硫化铁的不稳定保护作用导致保护电位的降低。目前工业管线的主要防腐措施是包裹上金属铝的铠甲,进行阴极保护。在海洋环境下,如果采取阴极保护的形式来防止腐蚀,就要将阴极保护电位移向更负的值,提供更大的阴极电流才能有效地保护。段继周说:“有趣的是,还有一些微生物能在钢铁表面形成电活性生物膜,它能将电子传递给钢铁表面,这等同于钢铁被阴极保护起来。所以,也许将来有可能利用微生物膜来保护金属。”意外的收获据国际上最新的研究,微生物与金属基体之间有着复杂的相互作用,或者说电子传递过程,这种作用过程有可能在微生物防腐、微生物燃料电池和微生物修复中获得应用。2006年,课题组在实海全浸环境下研究微生物影响钢铁锈层转化过程时,首次从锈层中培养出了一种新的硫酸盐还原细菌(Desulfovibrio dechloracetivorans)。“培养出这种硫酸盐还原细菌的意义在于,它能和铁在协同作用下代谢有机离子,从而进行生物修复。换句话说,它能够降解海洋的有机氯等有机污染物。”段继周说。研究发现,附着在不锈钢表面的海洋生物膜能够加速氧还原速度。“这个发现正在应用于海洋沉积物、微生物燃料电池的研究。微生物燃料电池包括阳极和阴极部分,我们正在建立包括生物阳极和生物阴极的海洋微生物燃料电池。在生物阳极区,微生物将电子传递给电极;在生物阴极区,传递的电子在微生物作用下被加速还原。通过外接载荷,能够将沉积物中的有机物转化成电能。”同时,德国的研究发现,金属铁能够直接将电子传递给某种新的硫酸盐还原细菌,即这种硫酸盐还原细菌是一种“吃铁”的细菌。在铁存在下,这种细菌能够生长得更快;在这种细菌存在下,铁的腐蚀速度也更大。“ 微生物腐蚀实际是一个非常复杂的过程,也是一个非常有研究价值的领域。”段继周说:“现在海洋已经被一些难降解的有机物污染。铁、铁腐蚀产物和微生物的这种协同作用,正在被考虑应用于海洋难降解有机污染物的生物修复研究中。不过,这一领域还有很多问题需要进一步研究才能弄清楚。”《科学时报》

表明1.1万米海底深处存在大量碳氢化合物

“我们最近发现,当它们处于死亡过程中时,微生物会产生新的病毒然后攻击它们的原始入侵者。这是我们之前没有观察到的一种抵抗,”Buchan说。

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该校生物科学院的戴维·利亚-史密斯博士补充说:“研究的一个重要发现是,马里亚纳海沟底部有大量这种细菌,这表明此处存在大量的碳氢化合物,这些细菌随后将其用作食物来源。”

在周日的演讲中,Buchan将与乔治亚理工学院的教授或理论生态学和定量生物学教授Joshua Weitz以及俄亥俄州立大学微生物学和土木,环境和大地工程副教授Matthew Sullivan分享舞台。

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研究作者之一、英国东英吉利大学生物科学院的乔纳森·托德博士说:“马里亚纳海沟是地球上研究得最少的环境之一,关于微生物如何在这个独特的环境下生存的信息有限。我们最初的目标是确定微生物在这种环境下生存所需要的生化过程。例如,它们以何种食物为生?它们如何在极端压力条件下生存?”

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细菌这个名词最初由德国科学家埃伦伯格(Christian Gottfried Ehrenberg,1795-1876)在1828年提出,用来指代某种细菌。这个词来源于希腊语βακτηριον,意为“小棍子”。

为获得这些问题的答案,研究小组收集并分析了马里亚纳海沟最深处的微生物样本,发现了这种新的可降解碳氢化合物的细菌。碳氢化合物是仅由氢原子和碳原子组成的有机化合物,在很多地方都能找到,包括原油和天然气。

诺克斯维尔田纳西大学的Carolyn W.微生物学教授Alison Buchan说,理解这种关系不仅对医学研究和实际应用有益,而且对海洋生物学也有益。

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马里亚纳海沟惊现新“吃油”细菌

Buchan说,这种类型的竞争性互动对于稳定海洋系统中微生物种群的大小非常重要。这种平衡对于生物地球化学过程至关重要,包括许多与气候变化有关的过程。

1866年,德国动物学家海克尔(Ernst Haeckel,1834-1919)建议使用“原生生物”,包括所有单细胞生物(细菌、藻类、真菌和原生动物)。

科技日报北京4月15日电 据美国《新闻周刊》网站近日报道,一个国际研究团队在世界海洋的最深处——马里亚纳海沟(Mariana Trench)底部发现了一组新的“吃油”细菌。

微生物群落的功能在很大程度上取决于其组成:存在哪些微生物以及每种微生物有多少。

细菌最早是被荷兰人列文虎克(Antony van Leeuwemhoek,1632-1723)在一位从未刷过牙的老人牙垢上发现的,但那时的人们认为细菌是自然产生的。直到后来,巴斯德用鹅颈瓶实验指出,细菌是由空气中已有细菌产生的,而不是自行产生,并发明了“巴氏消毒法”,被后人誉为“微生物之父”。

史密斯说:“这些碳氢化合物与我们在其他地方看见的碳氢化合物不同。这表明,马里亚纳海沟底部的微生物使用不同的生物化学方法来合成这些碳氢化合物。我们未来希望确定马里亚纳海沟中某些微生物产生碳氢化合物的生化过程,这些碳氢化合物类似于我们在柴油燃料中发现的化合物。如果我们能确定这条路径,就可以将其引入其他细菌或酵母中以生产生物燃料,这可能取代目前由化石燃料生产的柴油。”

她的演讲“它只是死亡:解读病毒 - 微生物相互作用的机制”,将成为题为病毒,微生物及其纠缠命运的科学会议的一部分。

细菌是指一大类细胞核无核膜包裹,只存在称作拟核区的裸露DNA的原始单细胞生物,包括真细菌和古生菌两大类群。人们通常所说的即为狭义的细菌,狭义的细菌为原核微生物的一类,是一类形状细短,结构简单,多以二分裂方式进行繁殖的原核生物,是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体,是大自然物质循环的主要参与者。

托德解释说,这种细菌基本上吃的是与石油成分类似的化合物,然后将它作为养料。类似的微生物在降解自然灾难中泄漏出的石油方面发挥了作用。

但是,像Buchan这样的科学家正在考虑另一种战斗策略:细菌可能会使用感染它们的病毒作为对付其他类型微生物的武器。

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此外,他们还在沟槽底部的海洋沉积物中发现了天然存在的碳氢化合物。

Buchan将于2月17日星期日在华盛顿特区举行的美国科学促进会年会期间解释其中的一些互动。

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病毒并不总能杀死它们的微生物宿主。在许多情况下,它们形成了一种互惠互利的关系:病毒在微生物内部建立起来,并且作为回报,它可以使宿主免受类似病毒的攻击。

在社区内,细菌相互竞争资源。在这场斗争中,一些细菌会产生抗生素并将其用于对抗其他类型的细菌。这种相互作用已经有一段时间了。

她说:“海洋微生物是开展对地球所有生物地球化学循环至关重要的过程的唯一责任,包括许多在气候变化中发挥作用的过程。”

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