在土壤和海洋中存在着一个由微小细菌产生、纳米线组成的全球网络，它们通过呼出多余的电子来“呼吸”，为自然界构成了一个内在的电网络。在一项新研究中，耶鲁大学的科学家们发现，在促进生物膜细菌的这种电子活动方面，光是一位令人惊讶的盟友。

他们发现，将细菌产生的纳米线暴露在光线下其导电性能会增加100倍之多。

这一发现将于当地时间9月7日发表在《Nature Communications》上。

研究论文第一作者、耶鲁大学西校区微生物科学研究所分子生物物理学和生物化学副教授Nikhil Malvankar说道：“暴露在光线下的纳米线的电流急剧增加显示出一种稳定和强大的光电流，该过程可以持续数小时。”

当研究人员为各种目的寻求利用这种隐藏电流的方法时，这些结果可以提供新的见解。比如它可以被用来帮助消除生物危险废物或创造新的可再生燃料来源。

几乎所有的生物都会呼吸氧气以便在将营养物质转化为能量时消除多余的电子。然而生活在海洋深处或埋在地下的土壤细菌却无法获得氧气。几十亿年来，它们已经开发出一种通过“呼吸矿物”的方式进行呼吸，就像浮潜一样，通过被称为纳米线的微小蛋白质丝进行呼吸。

当这些细菌被暴露在光线下时，电流的增加让科学家们感到惊讶，因为大多数被测试的细菌都生活在土壤深处并远离光线的照射。以往的研究表明，纳米线生产的细菌在暴露于光下时生长得更快。

Malvankar说道：“没有人知道这是如何发生的。”

在新研究中，由博士后研究员Jens Neu和研究生Catharine Shipps领导的一个耶鲁大学团队得出结论，一种被称为细胞色素OmcS的含金属蛋白质--它构成了细菌纳米线--作为一种天然的光导体：当生物膜暴露在光线下时纳米线大大促进了电子转移。

“这是一种完全不同的光合作用形式，在这里，由于纳米线之间的快速电子转移，光正在加速细菌的呼吸，”Malvankar介绍道。

眼下，Malvankar的实验室正在探索如何利用对细菌导电性的这种洞察力来刺激光电子学的发展。这是光子学的一个子领域，以研究寻找和控制光线的设备和系统。他们希望利用这项技术来捕获甲烷--一种已知的对全球气候变化有重大影响的温室气体。