给细菌装上“太阳能电池”

无花果树

摘要

来自美国的研究人员近日报道了一项颇为有趣的成果：通过用物理和化学方法，成功地让原本生活在黑暗中的细菌利用起了太阳能，从而提供了新的利用太阳能的途径。

（图片来源：http://wiseenergy.org/solar/）

随着化石能源的日渐消耗以及燃烧化石能源造成的气候变暖问题日益严重，开发新的能源形式，特别是直接利用太阳能的途径，成为各国研究人员的共识。自然界中的绿色植物可以通过光合作用利用太阳能，同时将二氧化碳转化为有机物。但这些有机物结构复杂，要想作为生物燃料使用通常还需要经由发酵等过程。而另一方面，太阳能电池虽然能够将太阳能转化为电能，却无法利用这些能量来合成有机物。因此，如何将二者的优势相结合，成为研究人员需要面对的一大挑战。

美国加州大学伯克利分校华人教授杨培东领导的研究小组将目光投向一种名为Moorella thermoacetica的细菌。这种细菌生长在黑暗且缺乏氧气的土壤中，利用环境中的氢气将二氧化碳还原成乙酸。由于乙酸能够被进一步合成为其它许多有机物，这种微生物对于捕捉并转化大气中的二氧化碳具有很高的价值。然而由于氢气储存不便，这种途径具有一定的局限性。

为了克服这一难题，杨教授带领的课题组尝试了新的途径。他们将这种细菌培养在含有半胱氨酸和二价镉离子的环境中。这两种化合物相互作用，在细菌表面形成许多硫化镉的纳米颗粒，同时产生氢离子。硫化镉能够有效地吸收太阳能并将其转化为电能，而细菌随后利用这些能量，以大气中的二氧化碳和环境中的氢离子为原料合成乙酸。整个过程相当于为细菌安上一个太阳能电池，让原本不能利用太阳能的细菌进行了类似光合作用的过程。如果反应条件能够进一步优化，这项研究成果有望提供一种对环境友好的新的利用太阳能的方式。

论文：Self-photosensitization of nonphotosynthetic bacteria for solar-to-chemical production http://www.sciencemag.org/content/351/6268/74.full.pdf

编译：魏昕宇

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自然界中的绿色植物可以通过光合作用利用太阳能，同时将二氧化碳转化为有机物。但这些有机物结构复杂，作为生物燃料使用还需经由发酵等过程。太阳能电池虽然能够将太阳能转化为电能，却无法利用这些能量来合成有机物。因此，如何将二者的优势相结合，成为研究人员需要面对的一大挑战。

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Moorella thermoacetica细菌生长在黑暗且缺乏氧气的土壤中，利用环境中的氢气将二氧化碳还原成乙酸。由于乙酸能够被进一步合成为其它许多有机物，这种微生物对于捕捉并转化大气中的二氧化碳具有很高的价值。然而由于氢气储存不便，这种途径具有一定的局限性。