图片来源于网络
动漫《神奇宝贝》是90后的童年回忆，皮卡丘的终极大招——“十万伏特”往往将对方电得毛发直立，头冒青烟。在微观世界，就有着很多能放电的“皮卡丘细菌”。它们早在1987年就被麻省大学的 Derek R. Lovley 教授发现并报道，是上过《时代》杂志的“微明星”。
地杆菌 (Geobacter) 图片来源：Derek Lovley，http://www.geobacter.org/
目前，已知的明星“皮卡丘细菌”主要有地杆菌（Geobacter）和希瓦氏菌（Shewanella），它们广泛活跃在海洋、河流沉积物、水稻田和湿地土壤中。这些“皮卡丘细菌”就像充电宝一样，不仅可以将电子供给“用户”（电子接收体），还可以接收外源的电子进行充电。此外，“皮卡丘细菌”往往自带“导线”（导电纤毛，pili），以便将电子输送给“偏远用户”。
谁会是“皮卡丘细菌”的“用电户”？大致来说有两大类，一类是自然界中含变价金属的矿物（比如铁矿和锰矿），还有一类就是细菌和古菌等微生物。“皮卡丘细菌”非常乐于奉献，愿意把电子分享给“自己人”（如 Geobacter metallireducens 与 Geobacter sulfurreducens 同一菌属之间）；而整个“皮卡丘细菌”群落常常通过“导线”交织构建起“庞大”的具有导电性能的“电网”（也就是生物膜）； 此外，“皮卡丘细菌”还可以跨“域”为“别人”供电（如 G.metallireducens 与 Methanosarcina barkeri）。这个“别人”，说的就是产甲烷古菌。
产甲烷古菌，属于古菌域广古菌门，是一类严格厌氧古菌。在人工及自然厌氧环境中，“皮卡丘细菌”与产甲烷古菌往往紧密“拥抱”在一起，形成团聚体结构。这跟根瘤菌与豆科植物之间的互营共生关系很类似。在“拥抱”的时候，“皮卡丘细菌”将电子供给产甲烷古菌，然后产甲烷古菌就能还原二氧化碳从而产生甲烷。这个过程，可以叫做电子驱动甲烷产生途径（CO2+ 8H+ +8e- → CH4 + 2H2O）。
当然，古菌产甲烷的途径并不只是有“电子驱动”这个途径，还有氢营养型、乙酸营养型和甲基营养型等等。不过，“电子驱动”产生甲烷这个途径更为直接，可以有效减少产甲烷过程中的能量损失，提高甲烷产生效率。
“电子驱动甲烷产生”模式图（图中，红色小人就是“皮卡丘细菌”，绿色小人就是“产甲烷古菌”，他们拥抱在一起，就产生了甲烷）
“皮卡丘细菌”除了可以“放电”外，也喜欢利用“电”。科学家们可以借助电极把它们引诱出来。近期，中国科学院烟台海岸带研究所“电微生物资源与微生态健康团队”的科学家们发现，在黄河三角洲湿地土壤中就生活着大量的“皮卡丘细菌”和产甲烷古菌。
黄河三角洲湿地 图片来源：韩广轩
科学家们还发现，具有导电能力的纳米磁铁矿可以显著促进“皮卡丘细菌”和产甲烷古菌间的电子传递效率。这就表明，黄河三角洲有产生甲烷资源的巨大潜力。我们知道，甲烷是一种温室气体，但同时也是非常好的清洁能源，因此需要对其加以合理利用。而通过探究湿地甲烷的排放机制，今后人们可以预测和控制湿地产生的甲烷，并合理利用这些资源。而由于“皮卡丘细菌”特殊的吸电放电特性，可以利用它们去解决金属废料和其他环境污染问题。
作者：张月超、刘进超、肖雷雷、刘芳华
来源：中国科学院烟台海岸带研究所返回搜狐，查看更多
