丹麦奥尔堡港的海湾景色宜人，有沙滩爱好者、度假屋和游艇。但海湾最引人注目的居民却生活在水下的泥土中。早在2010年，Lars Peter Nielsen 就发现这片泥土中流淌着长达数厘米的电流。Nielsen 怀疑这些电流是由像电网一样运作的细菌携带的。两年后，事实证明他是对的。但他的发现远超他最初的想象。Nielsen 的学生 Christian Pfeffer 发现，这片带电的泥土中充满了新类型的细菌，它们排列成活体电缆。每粒细菌的长度只有百万分之一米，但它们集合在一起，却能延伸数厘米。它们甚至有点像我们电子产品中的电缆——又长又细，内部有导电纤维束，外面包裹着绝缘层。Nielsen 认为，每根电缆都可以被视为一个独立的个体，由许多细胞组成。“对我来说，它们是多细胞细菌，这很明显，”他说。“这真是一个惊喜。这不在我们任何的假设之中。这些距离有几厘米长——我们没想到会有单个生物体跨越整个间隙。”这些细菌属于一个名为 Desulfobulbaceae 的家族，但它们的基因与该家族的任何已知成员的相似度都低于92%。“它们如此不同，以至于应该被视为一个新的属，”Nielsen 说。它们只存在于缺氧的泥土中，但只要它们存在，数量就非常庞大。平均而言，Pfeffer 在每立方厘米沉积物中发现了4000万个细胞，足以构成约117米长的活体电缆。这些细菌联合起来，将电子从深处的泥土输送到表面。这些电子转移是生命活动的基础。我们体内的每个细胞都会从食物中剥离电子，将它们从一个蛋白质传递到另一个蛋白质，最终将它们传递给氧气，从而释放生存所需的能量。这一切都发生在单个细胞内。而电缆细菌则通过一个巨大的细胞链来实现同样的功能。它们这样做是为了利用丰富的能量来源——泥土中的硫化物。这些化学物质很容易释放电子，但周围没有氧气来接收它们，无法完成电子传递链。所有的氧气都在几厘米之外，位于最上面的沉积物中。通过联合成电缆，细菌可以跨越这个间隙。底部的细菌从硫化物中提取电子（它们“进食”），并将它们输送给顶部的细菌，后者将电子传递给氧气（它们“呼吸”）。没有中间所有的细胞，它们都无法做到这一点。
直到不久前，科学家们还认为微生物只能在短距离内传输电子——最多只有纳米（十亿分之一米）。然后，在2005年，Gemma Reguera 和 Derek Lovley 发现一种名为 Geobacter sulfurreducens 的细菌可以通过类似毛发的称为菌毛（或纳米线）的结构将电子传输微米（百万分之一米）的距离。随着时间的推移，他们和其他人表明，菌毛网络可以传输更长距离的电子——100微米，然后是1毫米，然后是1厘米。“在六年的时间里，生物电子传输的测量长度增加了千万倍！”Lovley 说。其他科学家也提出了细菌产生长距离电流的方法。今年早些时候，Kazuya Watanabe 提出它们 将铁矿物作为中介。但是 Nielsen 在用强力显微镜观察这些细菌时，没有看到任何纳米线的痕迹。矿物质可能有帮助，但不是必需的——如果 Nielsen 用玻璃球代替沉积物，细菌仍然可以传输电流。Nielsen 有大量间接证据表明这些微生物是活体导体。如果他将钨丝水平穿过沉积物，他就会短路细菌电缆，阻止它们将电流输送到表面。如果他放置过滤器阻止电缆形成，他也成功阻止了电流（但如果过滤器的孔足够大，细菌可以通过，则不行）。但是 Watanabe 和 Lovley 都指出，该团队没有直接测量流过他的细菌的电流。“是的，这是一个问题，”Nielsen 说。“我们尝试使用对细菌纳米线有效的技术，但它们不起作用，可能是因为[我们的细菌]是绝缘的。”在电子显微镜下，该团队发现电缆细菌的长度方向有15或17条脊状结构。横截面看起来像齿轮。这些细菌似乎还共享一个外膜，这个外膜延伸到整个细丝上，就像披在香肠链上的皮肤。Nielsen 认为这些脊状结构是电子在细胞之间传输的通道，而共享的外膜则起到绝缘鞘的作用。“它们与我们的电缆非常相似，”他说。但这只是猜测。目前还不清楚这些脊状结构是由什么构成的，但 Nielsen 正在努力弄清楚细菌究竟是如何传输电子的。这只是众多未解问题中的一个。细菌是如何组织自己成整齐的垂直线的？它们会被其他窃取电子的物种寄生吗？链中间的细胞从它们的排列中获得了什么？细胞如何分裂而不破坏细丝？它们有多普遍？“在任何缺氧的地方，它们似乎都是最理想的生物，”Nielsen 说。“为什么它们不是无处不在？或者它们是无处不在的？”参考：Pfeffer, Larsen, Song, Dong, Besenbacher, Meyer, Kjeldsen, Schreiber, Gorby, El-Naggar, Leung, Schramm, Risgaard-Petersen & Nielsen. 2012. Filamentous bacteria transport electrons over centimetre distances. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature11586图片来自 Pfeffer 等人，以及 Nature News & Views 文章更多关于电细菌的信息：
