近日，我校與丹麥科學(xué)家合作的研究團(tuán)隊(duì)在微生物電磁感知領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，首次揭示了電纜細(xì)菌對(duì)外部電磁場(chǎng)的生物感應(yīng)特性及其空間限域規(guī)律。該成果以觀點(diǎn)（Perspective）論文形式發(fā)表于國(guó)際期刊《PNAS Nexus》，題為《Electromagnetic induction properties of filamentous bacteria in sediment》，為生物電磁學(xué)及環(huán)境科學(xué)交叉領(lǐng)域開辟了新方向。

  地球表面生態(tài)系統(tǒng)中，微生物如何感知和響應(yīng)空間電磁場(chǎng)一直是未解的科學(xué)難題。傳統(tǒng)研究認(rèn)為，微生物可能依賴胞外鐵氧化物等附屬結(jié)構(gòu)與環(huán)境電磁場(chǎng)互動(dòng)，但這一現(xiàn)象并非微生物固有內(nèi)在屬性的一部分。研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，聚焦自然界中具有獨(dú)特“導(dǎo)線”功能的電纜細(xì)菌（Cable Bacteria）。這類絲狀細(xì)菌屬于脫硫球桿菌科（Desulfobulbaceae），可在海底或淡水沉積物中形成長(zhǎng)達(dá)數(shù)厘米的導(dǎo)電鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，并具備長(zhǎng)距離電子傳輸能力。研究團(tuán)隊(duì)提出逆向猜想：若電纜細(xì)菌能主動(dòng)傳輸電子，是否也能像金屬導(dǎo)線一樣感應(yīng)外部電磁場(chǎng)？

通過(guò)設(shè)計(jì)非接觸式空間變化電場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和自制的傳感器，研究團(tuán)隊(duì)首次觀測(cè)到電纜細(xì)菌的電磁響應(yīng)特性。實(shí)驗(yàn)顯示，當(dāng)外部變化電場(chǎng)施加時(shí)，沉積物表層的電纜細(xì)菌可產(chǎn)生鏡像對(duì)稱的正負(fù)感應(yīng)電流（±1.20 mV），其變化規(guī)律與經(jīng)典電磁感應(yīng)現(xiàn)象完全一致。值得注意的是，該現(xiàn)象在海水環(huán)境的Candidatus Electrothrix和淡水沉積（濕地）環(huán)境的Ca. Electronema細(xì)菌中均普遍存在，但感應(yīng)范圍嚴(yán)格局限于水-沉積物界面以下0-12.5毫米區(qū)域。這一結(jié)果證實(shí)，電纜細(xì)菌的電磁感應(yīng)源于其自身生理功能，而非傳統(tǒng)認(rèn)為的附屬礦化物作用。

此項(xiàng)研究不僅為微生物電磁感知機(jī)制提供了首個(gè)直接證據(jù)，更拓展了生物電磁學(xué)的理論邊界。論文通訊作者指出：“電纜細(xì)菌的‘生物導(dǎo)線’特性或?qū)⒊蔀檠芯康厍蛏鷳B(tài)系統(tǒng)電磁信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵模型，未來(lái)有望應(yīng)用于生物磁場(chǎng)導(dǎo)航、水體電磁泄漏監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。”此外，這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)新型生物傳感器、仿生電路及環(huán)境修復(fù)技術(shù)提供了全新思路，或?qū)⒃谏鷳B(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)與生物電子技術(shù)交叉領(lǐng)域引發(fā)連鎖突破。

據(jù)悉，該研究歷時(shí)三年完成，是國(guó)際合作推動(dòng)前沿學(xué)科探索的又一典范。團(tuán)隊(duì)表示，下一步將深入解析電纜細(xì)菌電磁感應(yīng)的分子機(jī)制，并探索其在地球化學(xué)循環(huán)中的潛在作用。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgaf011