你的胃里可能没有蝴蝶，但肯定有火花。发表在《自然》(Nature)上的一项新研究表明，有些细菌要么是经常消耗的，要么已经在我们的肠道中发现，它们可以产生电能。加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的微生物学家、资深作家丹尼尔·波特诺伊(Daniel Portnoy)说：细菌不是什么新东西，它们可以在远离我们的地方找到，比如湖底。但是直到现在，科学家们还不知道在腐烂的植物或哺乳动物，尤其是农场动物身上发现的细菌也能产生电流——而且是以一种更简单的方式。
博科园-科学科普：在实验室里，波特诺伊和他的团队首先培育了一批单核增生李斯特菌，这是一种我们经常食用的细菌，有时会引起李斯特菌病的感染。据美国疾病控制与预防中心(Centers for Disease Control and Prevention)说：这种食物中毒通常对免疫系统受损的人、孕妇(可能导致流产)、新生儿和老年人最危险。通过将细菌放置在电化学室中，并用电线或电极捕获生成的电子，研究小组发现这些食源性细菌产生了电流。
为什么这么震惊？
一些细菌产生电能有几个原因，比如移除新陈代谢产生的电子。但主要目的是创造能量。加州大学伯克利分校的博士后研究员，首席作者Sam Light说：但是单核增生李斯特菌也有“其他产生能量的方式”，比如通过使用氧气。这种发电过程“可能是他们在特定条件下使用的备用系统”。例如可能在肠道的低氧条件下使用。研究人员筛选了突变的细菌（那些基因缺失或改变的细菌）以确定哪些基因是细菌产生电能所必需的。这些基因反过来编码某些蛋白质，而这些蛋白质是发电的关键。
一些细菌，比如单核增生李斯特菌可以发电，在黄素分子(黄色部分)的帮助下，它们通过细胞壁将电子输送到环境中。图片：Amy Cao graphic. Copyright UC Berkeley.
发现这些细菌使用的系统（将电子带出细菌的一连串蛋白质）比其他的电致细菌(比如生活在湖底的细菌)使用的系统简单得多。以前的大多数系统都是在革兰氏阴性细菌中发现的，或者是那些细胞壁由两层细胞组成的细菌，这两层细胞将细菌内部与外界环境隔离开来。这些最近分析的细菌呈革兰氏阳性，这意味着它们的细胞壁只有一层，这意味着电子到达外部的障碍少了一个。
但是一旦电子到达外面，就不清楚它们会去哪里。其他地方的电源细菌通常会将电子转移到环境中的铁或锰等矿物质中。在研究小组的实验中，电子流入电极。在肠道中，许多不同的分子，比如铁，可能会结合并接受电子。研究还发现这种细菌需要黄素蛋白才能存活。黄素是维生素B2的一种变体，在肠道中大量存在。研究人员后来发现，这种细菌不仅需要黄素才能存活，而且周围环境中额外的、自由漂浮的黄素可以增强细菌的电活性。
发电的细菌
若知道了哪些基因负责发电，研究小组就进一步发现了数百种其他微生物，它们利用这种更简单的过程发电——其中一些微生物通常存在于肠道中，而其他微生物则在发酵酸奶或作为益生菌发挥重要作用。伊利诺伊大学的微生物学家Laty Cahoon和Nancy Freitag说：考虑到微生物可能在我们的肠道中过着充满活力的生活，这对系统来说是一个冲击，对这种新型发电方式的了解“可能为细菌发电技术的设计创造机会”。
已经有人在努力制造微生物燃料电池，或者使用细菌利用有机物发电的电池，就像在垃圾处理厂一样。因为这种新工艺更简单，所以有可能改进这种技术，但现在就下结论还为时过早。更感兴趣的是了解到底肠道里发生了什么——哪些分子从细菌那里得到电子，以及这个过程如何影响细菌的生存。
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《nature》｜文：Yasemin Saplakoglu/Live Science｜DOI：doi.org/10.1038/s41586-018-0498-z
