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在俄勒冈州海岸的潮滩沉积物中，科学家发现了一种能将电子“长距离”传输的新型电缆细菌——这不仅是微生物电生理学的重要突破，也可能为生物电子学、污染修复提供全新思路。 由俄勒冈州立大学（OSU）研究团队主导、发表于 Applied and Environmental Microbiology 的研究，正式描述并命名了这一新物种：Candidatus Electrothrix yaqonensis。该细菌具有独特的表面脊状结构和含镍的高导电蛋白纤维，其电导能力使其在沉积物地球化学循环中扮演关键角色，并展现出从污染物清除到生物电子器件开发的广阔应用潜力。

结构基础：厘米级“活电线”如何构建

电缆细菌（cable bacteria）是一类特殊的丝状细菌，其基本单元为杆状细胞，这些细胞以首尾相连的方式排列，共用一层外膜，形成长度可达数厘米的连续长丝。这种结构使它们能够在宏观尺度上进行长距离电子传输——这是细菌中极为罕见的特性。

新发现的 Ca. Electrothrix yaqonensis 在形态上尤为特殊：

• 细胞表面具有显著凸起的纵向脊，宽度可达其他已知电缆细菌的三倍；

• 这些脊内部包裹着高度导电的纤维，其核心成分是基于镍的独特蛋白质（nickel-based molecules）；

• 这种镍基蛋白的导电机制与已知的细菌纳米导线（如 Geobacter 的菌毛）完全不同，代表了微生物电传导的一种新类型。

电化学角色：连接沉积物中的“电子对”

电缆细菌的电传导功能是其代谢适应性的核心。它们生活在分层的沉积物中，能够将表层电子受体（如氧气、硝酸盐）与深层电子供体（如硫化物）在空间上连接起来：

• 细胞长丝垂直穿过沉积物氧化还原界面；

• 电子从深层的硫化物氧化过程中产生，经由镍基导电纤维，传输至表层被氧或硝酸盐还原；

• 这一过程实现了氧化还原反应的跨距离耦合，对沉积物中的硫循环、铁循环、碳循环均产生深远影响。

这种长距离电子传输能力，使电缆细菌成为沉积物地球化学的重要“工程师”——它们能改变孔隙水的pH、促进硫化物的清除、影响营养盐的释放与固定。

进化桥梁：基因组揭示的过渡地位

系统发育与比较基因组学分析显示，Ca. Electrothrix yaqonensis 在电缆细菌的进化中处于一种“过渡”位置：

• 其代谢基因与生理特征兼具已知两大电缆细菌属——Electrothrix 和 Electronema 的特点；

• 这一“早期分支”位置提示，它可能保留了电缆细菌祖先的某些原始特征，为研究该类群如何演化出长距离电传导能力提供了关键线索。

“这一新物种在代谢潜能上区别于所有已描述的电缆细菌，”论文第一作者、当时在OSU从事博士后研究的Cheng Li博士（即将返回OSU任助理教授）指出，“它在基因组和结构上呈现出的独特性，有助于我们理解这些细菌如何在不同环境中演化与功能运作。”

应用潜力：污染修复与生物电子学

电缆细菌的自然功能本身即是一种“环境自修复”——通过促进沉积物中硫化物的氧化，它们可间接降解有机污染物、减少重金属（如砷、镉）的迁移性，并抑制甲烷等温室气体的排放。Ca. Electrothrix yaqonensis 的独特导电性能进一步拓展了应用想象：

1. 生物修复
   利用其长距离电子传输能力，可人为强化受污染沉积物（如港口、河口）中硫化物的去除，从而改善底质环境、促进生态恢复。

2. 生物电子学（Bioelectronics）
   “它们的镍基高导电蛋白设计，有可能启发新型生物电子材料，”Li表示。这类蛋白可作为一种天然、可生物降解、生物相容的导电元件，用于：

   • 植入式生物传感器

   • 微生物燃料电池

   • 生物-电子接口器件

目前，人工合成类似镍基导电蛋白、或利用该细菌本身作为“活电线”构建生物电子回路，已成为合成生物学与材料科学交叉领域的探索方向。

命名与文化尊重

新物种的种加词 “yaqonensis” 源自 Yaqona 原住民族群，其传统领地包括发现该细菌的Yaquina Bay 河口。研究团队与今日 Yaqona 后裔所属的 Siletz 印第安部落联盟 合作，共同确定了这一名称。这不仅是对原住民与土地历史联系的认可，也体现了现代科学对本土生态知识的尊重。

参考信息
Reference: “A novel cable bacteria species with a distinct morphology and genomic potential” by Anwar Hiralal, Philip Ley, Jesper R. van Dijk, Cheng Li, Dmitrii Pankratov, Jiji Alingapoyil Choyikutty, Galina Pankratova, Jeanine S. Geelhoed, Diana Vasquez-Cardenas, Clare E. Reimers and Filip J. R. Meysman, 22 April 2025, Applied and Environmental Microbiology.
DOI: 10.1128/aem.02502-24