微生物以铁为食新研究揭示它们如何做到这一点

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导读 无氧环境中的管道、洒水器和其他基础设施容易受到微生物诱导腐蚀(MIC)的影响,即微生物降解铁基结构的过程,可能导致昂贵的损坏甚至倒塌。

无氧环境中的管道、洒水器和其他基础设施容易受到微生物诱导腐蚀(MIC)的影响,即微生物降解铁基结构的过程,可能导致昂贵的损坏甚至倒塌。

与由与氧气发生化学反应而引起的铁锈不同,MIC发生在无氧环境中。导致腐蚀的微生物在铁本身上茁壮成长,产生破坏性反应,损坏材料。这种腐蚀每年给工业造成数十亿美元的损失,特别是在石油和天然气等行业。因此,识别和防止腐蚀背后的微生物活动至关重要。

现在,南丹麦大学的微生物学家SatoshiKawaichi博士和Amelia-ElenaRotaru教授发现了有关一种微生物菌株Methanococcusmaripaludis如何以极其有效的方式腐蚀铁的新细节。这项研究发表在npjBiofilmsandMicrobiomes上。

这项研究驳斥了长期以来人们的信念,即这些微生物会向环境中释放酶来腐蚀铁,并让其产生微生物生长所需的营养物质。相反,研究人员表明,微生物直接附着在铁表面,利用细胞壁上的粘性酶来提取所需的物质,而不会浪费能量释放可能无法到达铁表面的酶。

一旦附着在铁表面,微生物就会引发腐蚀,迅速在材料表面形成一层黑色薄膜。

“微生物会迅速在这层黑色薄膜下形成凹坑,几个月内就会造成严重损害。我认为,肉眼可见的5克铁颗粒在一两个月内就会生物降解成黑色粉末,”川一说。

研究人员称,像这样的微生物适应能力是微生物学会在人造环境中茁壮成长的一个例子。在这种情况下,海沼甲烷球菌已经学会了在铁结构上生存并有效地从中获取能量。

微生物的这种适应不仅带来了经济负担,也带来了环境负担。“这些微生物是产甲烷的,也就是说它们会产生甲烷。甲烷是一种强效温室气体,因此,微生物适应人造环境后会更有效地产生甲烷,这确实引起了一些担忧。这些新的适应性可能会刺激甲烷排放量的增加,”罗塔鲁说。

产甲烷微生物还以气候变化和其他人为活动释放到自然环境中的各种矿物颗粒为生。这些颗粒来自工业、农业、森林、河流径流、冰川融化等,它们可能会促进某些产甲烷微生物的活动。

目前,罗塔鲁研究小组的成员正在研究格陵兰岛的冰川融化颗粒,以了解这些颗粒如何影响向大气中的甲烷排放。

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