说到“呼吸”，直觉想到吸进氧气、吐出二氧化碳，但对某些细菌，呼吸定义可能大大不同，不靠氧气维生，甚至还靠“吐出电流”获取能量。近日美国莱斯大学（Rice University）发现，某些细菌的特殊机制，能在缺氧环境“呼吸”并产生电流，不仅解答学界长久谜团，也为洁净能源之发展打开新大门。论文4月刊登于《细胞》（Cell）期刊。
细菌不靠氧气也能活一般生物分解食物取得能量过程，最终需“电子接受者”才能完成整套代谢链。人类而言，电子接受者通常是氧气。但某些细菌历史远比氧气出现地球的时间还更早，地球还是缺氧环境时代就出现，并演化出不依赖氧气的生存机制，故它们即使现在极端缺氧环境如海底火山口、泥沼，甚至人类肠道，依然能繁衍生存。
这次研究主要针对能在人体肠道存活的大肠杆菌（Escherichia coli），团队发现这些细菌会运用天然化合物“萘醌类”（naphthoquinones），将菌体多余电子转到细胞外，称之为“胞外呼吸作用”（extracellular respiration）。
萘醌分子：细菌的电流快递主要作者莱斯大学博士生比奇‧巴比‧昆杜（Biki Bapi Kundu）表示：“我们发现这种机制很简单却巧妙，萘醌分子就像微小快递员，能把电子从细菌内运至外部，帮助细菌持续代谢并产生能量。”莱斯大学团队成功揭开谜团，这种“吐电呼吸”可能十分普遍，不仅改写科学界对细菌呼吸方式的理解，也为微生物如何适应极端环境提供新线索。
微小细菌发电机莱斯团队还与加州大学圣地亚哥分校（University of California, San Diego）合作，用计算机模拟细菌在完全缺氧但有导电表面的环境如何生长。结果显示，细菌确实能靠“吐电”生存。后续实验还证实，当细菌附着导电材料，即使没有氧气，也能持续增长并产生微弱电流。这些微小细菌如天然微型发电机，只要给予养分和导体就能发电。
发电细菌的可持续发展应用潜力会发电的细菌可对环保、可持续发展能源等技术有深远影响。污水处理或生物制造等工作，若能有效管理微生物“电子平衡”问题，效率与稳定性可大幅提升。也能发展出细菌驱动系统，直接将二氧化碳转成有用有机物，就像植物光合作用吸收太阳能。不同的是，这次驱动的力量不是阳光，而是“电”。
主要作者之一阿乔─法兰克林（ Ajo-Franklin）教授表示：“我们研究将为人类勾勒出更智能且可持续发展的未来能源。”原来微生物世界依旧充满许多惊喜，这次发现再次提醒人们：即使是科学家最熟悉的大肠杆菌，也有许多“密技”尚待发掘。
（首图为大肠杆菌，来源：shutterstock）
