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发电的细菌可以帮助推动未来的太空任务吗

人类不是唯一利用电力的人。一些细菌也通过产生从其表面如导线延伸以在距离上传输电子的结构来做到这一点。现在,美国宇航局位于加利福尼亚硅谷的艾姆斯研究中心的科学家正在探索这一现象,看看他们是否可以利用这些特殊微生物来执行未来太空任务的基本功能 - 从发电到处理废水或生产药物。通过实验发射到国际空间站,研究人员将看到微生物在太空中的作用是否与在地球上的作用相同。

发电的细菌可以帮助推动未来的太空任务吗

为了了解这种被称为Shewanella oneidensis MR-1的细菌的罕见能力,你必须知道周围移动的电子与生命有什么关系。电子从一个分子转移到另一个分子对于所有生物都是必不可少的,因为它可以产生生存所需的能量。人类依赖氧气的一个原因是,我们细胞内的这种能量产生链反应是通过将电子转移到氧分子来提供动力的。其他能吸氧的东西也是如此,包括Shewanella。但是,这种微生物的特殊之处在于它还有一个备用系统,当环境氧气含量低时它会启动。Shewanella保持冷静,并通过使用铁和锰等金属来产生能量。

由John Hogan和Michael Dougherty领导的Ames太空生物科学部门的一个团队一直在研究Shewanella,以更好地了解它如何实现这一电子改组的壮举。一种方法是通过生物膜的形成。在生物膜中,许多单个细菌粘在一起,沿着表面形成薄膜。生物膜的常见例子是牙医清洁牙齿的牙菌斑和浴室里的肥皂渣。

Shewanella通常在含金属的表面(例如岩石)上形成生物膜。细菌可以使用从外表面延伸的非常薄的附属物(称为细菌纳米线)与岩石中的金属分子直接接触。它们非常薄 - 大约10纳米,比人类头发薄约10,000倍。就像电线从插座上传输电力给手机充电一样,从细菌的角度来看,它们可以长距离传输电子。科学家认为,这些生物也可以使用纳米线相互连接,将电子传递给社区的其他成员。

这些卓越的能力激发了研究人员如何使用它们。随着人类进一步进入太阳系,宇航员将需要更长时间生产自己资源的方法。Shewanella等细菌的潜在应用包括开发用于太空和地球的微生物燃料电池等技术。例如,在废水处理中,这些燃料电池使用Shewanella等微生物来消耗废水中的有机废物,同时收获它们产生的电力以帮助处理系统本身。

作为第一步,Ames团队正在第15次SpaceX货物再补给任务中向空间站发起一项名为Micro-12的实验,以研究Shewanella如何在减少太空重力的情况下改变。他们将检查它是否能够以与地球相同的速率传输电子,以及它形成生物膜的方式是否受到影响。所收集的数据将帮助NASA了解这些生物在那里生长所需的东西以及我们如何能够在太空中使用它们,为未来的生命支持系统和长期人类进入太阳系的任务奠定基础。

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