揭秘微生物腐蚀，如何直接侵蚀铁，探索甲烷菌的腐蚀秘密

微生物“铁胃”，揭秘产甲烷菌如何啃食铁

你可能听说过铁生锈，但你知道有些微生物竟然能直接“吃掉”铁吗？这听起来不可思议，但科学家们最近发现了一种名为产甲烷菌的微生物，它进化出了一种特殊的能力——直接与铁发生反应，并从中获取能量。这种现象不仅颠覆了我们对微生物与金属相互作用的传统认知，也为我们提供了一个全新的视角来理解地球上的生物地球化学循环。

最近南丹麦大学的一项研究揭示了微生物腐蚀 (MIC) 背后的机制，提供了有助于防止损坏的见解。在无氧环境中，微生物诱导腐蚀 (MIC) 会降解铁基结构，产生破坏性反应，损坏材料。这种腐蚀每年给工业造成数十亿美元的损失，特别是在石油和天然气等行业。

这项研究驳斥了长期以来人们的信念，即这些微生物会向环境中释放酶来腐蚀铁，并让其产生微生物生长所需的营养物质。相反，研究人员表明，微生物直接附着在铁表面，利用细胞壁上的粘性酶来提取所需的物质，而不会浪费能量释放可能无法到达铁表面的酶。一旦微生物附着在铁表面，就会引发腐蚀，并在材料表面迅速形成一层黑色薄膜。微生物会很快在这层黑色薄膜下形成凹坑，几个月内就会造成严重损坏。

此外，这项研究是研究甲烷菌对铁的腐蚀，微生物适应人造环境后会更有效地产生甲烷，这些新的适应性可能会刺激甲烷排放量的增加。此前，也有研究某些产甲烷菌如何将二氧化碳和电能转化为甲烷，进一步引起了一些担忧。

这项研究发现发现，对于我们理解微生物与环境的相互作用具有重要意义。它不仅挑战了我们对微生物腐蚀的传统认识，也为我们提供了一种新的视角来研究地球上的碳循环。此外，这项研究也对工业生产产生了深远影响。例如，我们可以利用这种微生物来开发新型的生物修复技术，处理工业废水中的重金属。

参考文献：Satoshi Kawaichi, Rhitu Kotoky, Jacek Fiutowski, Amelia-Elena Rotaru. Adaptation of a methanogen to Fe0 corrosion via direct contact. npj Biofilms and Microbiomes, 2024; 10 (1) DOI: 10.1038/s41522-024-00574-w

一、微生物腐蚀 直接从铁中提取电子的具体分子机制是什么？

这项研究究揭示了一种名为Methanococcus maripaludis Mic1c10 的单细胞生物的惊人适应性，这种特殊的菌株表现出通过直接接触腐蚀铁（Fe0）的能力。

这种腐蚀能力的关键在于 Mic1c10 拥有独特的遗传适应性。一项关键的适应性涉及增加特定酶（[NiFe]-氢化酶）的糖基化 。这种修饰使酶能够更有效地将自身锚定在细胞表面的蛋白质上。从本质上讲，Mic1c10 已经开发出一种利用这种修饰酶直接从铁中提取电子的方法。这一发现挑战了我们之前对微生物腐蚀金属的理解。传统上，科学家认为微生物会向周围环境中释放酶来分解铁。Mic1c10 的直接接触方法表明了一种更有效的策略。

此外，该研究还强调了人造环境对微生物进化的影响。Mic1c10 可能通过水平基因转移获得了腐蚀能力，使其能够在人造环境中茁壮成长。这一发现需要重新评估人类基础设施如何影响我们世界的甲烷循环。

二、还有其他哪些因素影响海洋中铁的腐蚀？

海洋环境是一个复杂的腐蚀体系，影响铁腐蚀的因素众多。除了甲烷菌等微生物的作用外，海洋环境中还有许多其他因素会导致铁的腐蚀。这些因素包括海洋环境、物理因素等。

1、海洋环境：如海水水质环境，海水中的盐分会增加导电性，加速电化学反应，促进腐蚀，溶解氧是阴极反应的重要物质，氧含量越高，腐蚀速率越快，氯离子、硫酸根离子等会与铁发生反应，形成腐蚀产物。此外，其他海洋生物，如其他微生物、藤壶牡蛎等附着在金属表面，也会形成局部腐蚀。

2. 物理因素：温度升高会加速化学反应速率，从而促进腐蚀。水流速度加快会增加氧气的供应，加速阴极反应，从而促进腐蚀。此外，在深海中， 深海的高压环境会影响金属的溶解度和电化学反应。

三、思考

参与电子传递的具体蛋白结构和功能是什么？细胞膜上的电子传递路径是如何构建的？不同环境条件下，电子传递效率的变化机制是什么？

生物膜在电子传递过程中扮演了怎样的角色？不同成分的生物膜对腐蚀速率的影响如何？

从铁中获取的电子如何被用于细胞的能量代谢？能量代谢途径是否与其他产甲烷菌存在差异？

温度、pH值、盐度等环境因素如何影响腐蚀速率？不同类型的铁表面（如铸铁、不锈钢）对腐蚀速率的影响如何？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~

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