细菌的超能力

细菌是地球上分布最广泛的生物之一，我们用肉眼看不到它们的真实面目，但它们却蕴藏着许多化腐朽为神奇的超能力！

如果无法找到在火星正常呼吸的方法，人类所有殖民火星的计划又有什么意义？或许我们只能放弃在火星建造殖民地、培育食物或者挖掘隧道的想法。但现在我们已经有了一线新的希望，能够让人类在火星上获得稳定的氧气供应。

存活在地球上一些最荒凉环境中的蓝藻细菌家族能吸收二氧化碳并排放氧气，研究人员将这些微小的生物与人类未来可能出现的火星生活联系在一起。

蓝藻细菌借助光合作用产生能量，但是它们进行光合作用所需要的阳光远低于栽培其他植物所需要的阳光。研究人员发现，蓝藻细菌的光合作用借助了一种特殊的叶绿素——叶绿素f，将远红外线和近红外线转变成能量。这是它们能够在低光照环境下存活的原因。

将蓝藻送往火星为殖民者制造氧气成为可能。现在，最新的研究已经给人类在地球外生活所需的氧气来源提供了一个探索方向，你或许无法在未来二十年里真正生活在火星上，但至少当你前往火星时，能够像在地球上一样正常呼吸。

利用太阳能的一大前提条件是晴天。那些阴雨连绵的地方怎么办？科学家们在细菌上动起了脑筋。

加拿大不列颠哥伦比亚大学的研究人员开发了一种便宜且可持续的方法，利用细菌将光转化为能量来制造太阳能电池，这种新电池产生的电流密度比以前此类设备更强，且在昏暗光线下的工作效率与在明亮光线下一样。

以前制造源于生物的电池时，采取的方法是提取细菌光合作用所用的天然色素，但这种方法成本高、过程复杂，需要用到有毒溶剂，且可能导致色素降解。

为解决上述问题，研究人员将色素留在细菌中。他们通过基因工程改造大肠杆菌，生成了大量番茄红素。番茄红素对吸收光线并转化为能量来说特别有效。研究人员为细菌涂上了一种可以充当半导体的矿物质，然后将这种混合物涂在玻璃表面。他们采用涂膜玻璃作为电池阳极，生成的电流密度达0.689mA/cm2，而该领域其他研究人员实现的电流密度仅为0.362mA/cm2。

研究人员称，这一工艺会将色素的生产成本降低10%。他们的终极梦想是找到一种不会杀死细菌的方法，从而无限地制造色素。这种源于生物的材料还可广泛应用于采矿、深海勘探以及其他低光环境领域。

罗马大学物理學教授列奥纳多开发出一系列由细菌供能的微型电机。这种特殊电机中，研究者使用了基因工程修正过的大肠杆菌。

在微型电机阵列中，每个电机外表上都被蚀刻15个微室，当研究者滴入一滴包含数千游动细菌的试剂后，它们会一个个游入微室中，头部在内，鞭毛在外。在合力作用下，细菌变成了微小的“螺旋桨”，能像流水转动水车一样转动3D微型电机。

由于改造后的大肠杆菌有自己的游泳方式和行为特点，研究者特意在电机上建立了45°角的坡道，使扭矩最大化，将其赶进微室，让鞭毛在腔室外面自如鞭打，推动单个电机转子运动。这种方法的缺陷在于细菌产生的推力是间歇性的，马达旋转1次耗时大约1分钟，有时候一些细菌还会反向运动，白白耗力。

为了聚集和控制细菌，研究者每隔10秒就用激光点亮一次电机系统，从而使系统内每个组件都能步调一致。这种电机系统操作简单且成本低，能让细菌对环境中的不同信号做出目标反应。

植物未来可以产生供自身使用的肥料，农民们再也无需为农作物购买肥料然后施肥，而且粮食产量上升将惠及全世界数十亿人口。这些想法听起来像天方夜谭，但华盛顿大学开展的研究表明，很快就可以利用新技术让植物产生供自身使用的肥料。

施肥是一种氮传输过程，植物利用氮来产生光合作用所需的叶绿素，但商用肥料中的氮只有不足40%能够为植物所用。而在人们周围就有另一个充足的氮源——地球大气层的氮含量约为78%。

研究人员设计出一种细菌，能利用大气产生肥料——该过程被称为“固氮”。这种细菌甚至能在氧干扰固氮过程的情况下从空气中固氮。

研究人员正在深入研究这一过程的细节，进一步缩小范围以确定固氮所需的基因亚型，并与其他植物学家展开合作，从而培育出固氮植物。这可能会对农业及地球的环境产生革命性影响。

在美国，每年有超过34万千米的石油和天然气管道用于运输160亿桶左右的原油、精炼石油及液化天然气。此外，还有长达数百万米的管道蜿蜒于海底。这些管道一旦破裂，无论从商业还是环境的角度来看，代价都是惨重的。因此，开发一种可靠、有效的监控方式迫在眉睫。

科学家们注意到，一些生长在土壤和海洋中的细菌可以吞噬某些碳氢化合物，并在此过程中产生一定的电压。密西西比州立大学的环境工程师古德正在研究将其包装成传感器。

这种细菌传感器长约几厘米，附着在管道外部，可与现有的设备协同工作，优化仪器检测和反应时间，并减少从管道中泄漏并污染环境的石油和天然气的数量。

细菌传感器工作时就像一块以生活在海水和海洋沉积物里的细菌为基础的电池。它一侧的阳极由含有一定浓度、嗜食碳氢化合物的细菌多孔膜制成。当碳氢化合物分子通过该膜，细菌便会吃掉它们，接着电子穿过调节和测量电子流的电阻器，不断移向阴极，阴极内嗜食电子的细菌菌落便可以美美地饱餐一顿了。

没有发生泄漏的时候，这些细菌以水或土壤里的有机化合物为食。假如油气泄漏，它们发现了碳氢化合物，自身代谢便会加剧，从而引起电子数量激增。这个变化的高峰可被电阻器或阴极里面极其微小的电路捕获。一旦峰值超过了阈值，细菌传感器便会发射无线信号通知技术人员。

这种能吃掉碳氢化合物的细菌传感器既可用于管道，也可用于油轮、卡车和储油罐。研究人员正在研究开发一个更大的系统来吞噬泄漏物，以减轻污染后的清理工作，保护环境。