อ่าน 8 นาที
แบคทีเรียสายเคเบิล
แบคทีเรียเคเบิลเป็นแบคทีเรีย ที่มีลักษณะเป็นเส้นใย ซึ่งนำไฟฟ้าได้ในระยะทางมากกว่า 1 ซม.
แบคทีเรียสายเคเบิล

แบคทีเรียเคเบิลเป็นแบคทีเรีย ที่มีลักษณะเป็นเส้นใย ซึ่งนำไฟฟ้าได้ในระยะทางมากกว่า 1 ซม. ในตะกอนและแหล่งน้ำบาดาล[ 1 ] [ 2 ]แบคทีเรียเคเบิลช่วยให้การขนส่งอิเล็กตรอนในระยะทางไกลเกิดขึ้นได้ ซึ่งเชื่อมต่อผู้ให้อิเล็กตรอนกับผู้รับอิเล็กตรอน และเชื่อมต่อปฏิกิริยาออกซิเดชันและรีดักชันที่แยกจากกันก่อนหน้านี้[ 3 ]แบคทีเรียเคเบิลเชื่อมโยงการรีดักชันของออกซิเจน[ 2 ]หรือไนเตรต[ 4 ]ที่พื้นผิวของตะกอนกับการออกซิเดชันของซัลไฟด์[ 2 ]ในชั้นตะกอนที่ลึกกว่าและปราศจากออกซิเจน

การค้นพบ
การนำไฟฟ้าในระยะไกลในตะกอนถูกสังเกตครั้งแรกในปี 2010 โดยเป็นการแยกตัวเชิงพื้นที่ของการออกซิเดชันของซัลไฟด์และการลดออกซิเจนในตะกอนทะเล ซึ่งถูกขัดจังหวะและสร้างขึ้นใหม่ในอัตราที่เร็วกว่าที่สามารถอธิบายได้ด้วยการแพร่ทางเคมี[ 1 ] ต่อมาพบว่าการนำไฟฟ้านี้สามารถสังเกตได้ผ่านชั้นไมโครสเฟียร์แก้วที่ไม่นำไฟฟ้า โดยโครงสร้างที่นำ ไฟฟ้าได้เพียงอย่างเดียวที่เป็นไปได้คือแบคทีเรียเส้นใยที่อยู่ในวงศ์Desulfobulbaceae [ 2 ]
การนำไฟฟ้าของเส้นใยเดี่ยวที่มีชีวิตได้รับการพิสูจน์ในภายหลังโดยการสังเกตสถานะออกซิเดชันของไซโตโครมโดยใช้กล้องจุลทรรศน์รามาน [ 5 ] ปรากฏการณ์เดียวกันนี้ได้รับการสังเกตในภายหลังในตะกอนน้ำจืด[ 6 ]และชั้นหินอุ้มน้ำบาดาล[ 7 ]ภายในชั้นตะกอนด้านบนที่มีความหนา 15 ซม. พบความหนาแน่นของแบคทีเรียแบบสายเคเบิลที่ให้ความยาวรวมสูงสุดถึง 2 กม. ต่อตารางเซนติเมตรของพื้นผิว[ 8 ]

สัณฐานวิทยา
เส้นใยแบคทีเรียแบบสายเคเบิลมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1–4 ไมโครเมตรและมีความยาวมากกว่า 1 เซนติเมตร[ 10 ]เซลล์แต่ละเซลล์ในเส้นใยมีรูปร่างเป็นแท่งยาวเฉลี่ย 3 ไมโครเมตร[ 2 ]เนื่องจากเป็นแบคทีเรียแกรมลบ จึงมีเยื่อหุ้มเซลล์สองชั้น โดยแต่ละเซลล์มี เยื่อหุ้มเซลล์ชั้นในของตัวเองแต่เยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกนั้นใช้ร่วมกันโดยทุกเซลล์ในเส้นใย[ 2 ] ใน เพริพลาสม์ทั่วไปมีเส้นใยนำไฟฟ้าประมาณ 15–60 เส้น[ 2 ] [ 10 ]ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 50 นาโนเมตร ซึ่งมองเห็นได้จากภายนอกเป็นซี่ขนานตามยาว เส้นใยเหล่านี้ประกอบด้วยโปรตีนที่อุดมไปด้วยนิกเกลและกำมะถัน เป็นฉนวนไฟฟ้า และทอดยาวตลอดความยาวของเส้นใยเซลล์[ 10 ]
การกระจาย
โดยทั่วไปแบคทีเรียแบบสายเคเบิลจะพบในตะกอนที่ลดลง[ 11 ]พวกมันอาจอยู่ในรูปของเส้นใยเดี่ยวหรือเป็นกลุ่มของเส้นใย[ 11 ]แบคทีเรียแบบสายเคเบิลได้รับการระบุว่าพันกันกับขนรากของพืชน้ำและมีอยู่ในไรโซสเฟียร์ [ 11 ] การกระจายตัวของพวกมันครอบคลุมระดับความเค็มที่แตกต่างกัน พวกมันมีอยู่ในน้ำจืด ทะเลสาบน้ำเค็ม และแหล่งที่อยู่อาศัยในทะเล[ 12 ] [ 13 ]แบคทีเรียแบบสายเคเบิลได้รับการระบุในสภาพภูมิอากาศที่หลากหลายทั่วโลก[ 14 ]รวมถึงเดนมาร์ก [ 2 ] [ 6 ]เนเธอร์แลนด์[ 15 ]ญี่ปุ่น[ 16 ] ออสเตรเลีย[ 17 ] และสหรัฐอเมริกา[ 18 ]

การเคลื่อนไหว
แบคทีเรียแบบสายเคเบิลไม่มีแฟลเจลลา แต่สามารถเคลื่อนที่แบบเลื่อนได้[ 19 ]โดยการขับเคลื่อนตัวเองไปข้างหน้าผ่านการขับถ่ายสาร[ 20 ]พบว่าแบคทีเรียแบบสายเคเบิลเคลื่อนที่ได้เร็วถึง 2.2 μm/s โดยมีความเร็วเฉลี่ย 0.5 μm/s [ 19 ]ความเร็วในการเคลื่อนที่ของแบคทีเรียแบบสายเคเบิลไม่เกี่ยวข้องกับขนาดของแบคทีเรีย[ 19 ]ระยะทางเฉลี่ยที่แบคทีเรียแบบสายเคเบิลเลื่อนได้คือประมาณ 74 μm โดยไม่หยุดชะงัก[ 19 ]
เส้นใยแบคทีเรียเคเบิลมักจะงอครึ่งหนึ่ง และการเคลื่อนที่ของมันจะนำโดยจุดยอดของการงอแทนที่จะนำโดยปลายด้านหนึ่งของเส้นใย[ 19 ]การบิดเพื่อเคลื่อนที่ผ่านการเลื่อนแบบหมุนนั้นหายาก แต่ก็เกิดขึ้นได้[ 19 ]
แบคทีเรียเคเบิลน่าจะมีการเคลื่อนที่ตามสารเคมีโดยใช้ออกซิเจนเนื่องจากพบว่าพวกมันเคลื่อนที่เมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจนหรือมีออกซิเจนต่ำ และหยุดการเคลื่อนที่เมื่อสัมผัสกับออกซิเจน[ 19 ]แม้ว่าการเคลื่อนที่จะมีความสำคัญต่อจุลินทรีย์อื่นๆ แต่เมื่อแบคทีเรียเคเบิลอยู่ในตำแหน่งที่เชื่อมต่อออกซิเจนกับซัลไฟด์แล้ว พวกมันก็ไม่จำเป็นต้องเคลื่อนที่อีกต่อไป[ 19 ]ความต้องการการเคลื่อนที่ที่ลดลงนี้อาจอธิบายได้ว่าทำไมจีโนมของแบคทีเรียเคเบิลจึงมีโอเปรอนที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ตามสารเคมีน้อยกว่าDesulfobulbaceae อื่น ๆ [ 20 ]

อนุกรมวิธาน
สกุลแบคทีเรียสายเคเบิลสองสกุลที่ได้รับการอธิบายจนถึงปัจจุบัน ได้แก่Electrothrixซึ่งประกอบด้วยสายพันธุ์ที่เป็นไปได้สี่สายพันธุ์ พบในตะกอนทะเลหรือน้ำกร่อย และElectronema ซึ่งประกอบด้วยสายพันธุ์ที่เป็นไปได้สองสายพันธุ์ พบในตะกอนน้ำจืด ดูเหมือนจะเป็นกลุ่มโมโนฟิเลติก[ 16 ]ในปี 2025 สกุล Electrothrix ได้เพิ่ม สายพันธุ์ Electrothrix yaqonensis ที่ได้รับการอธิบายใหม่[ 22 ]
พบว่าแบคทีเรียเคเบิลน้ำจืดและน้ำทะเลมีความคล้ายคลึงกันถึง 88% โดยพิจารณาจากการเปรียบเทียบRNA ไรโบโซม 16S [ 23 ]สกุลเหล่านี้ถูกจัดอยู่ในวงศ์DesulfobulbaceaeไฟลัมDesulfobacterota [ 20 ] แบคทีเรียเคเบิลถูกกำหนดโดยหน้าที่ของมันมากกว่าวิวัฒนาการ และเป็นไปได้ว่าอาจมีการค้นพบกลุ่มแบคทีเรียเคเบิลเพิ่มเติมอีก
ความสำคัญทางนิเวศวิทยา
แบคทีเรียแบบสายเคเบิลมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางธรณีเคมีของสภาพแวดล้อมโดยรอบ กิจกรรมของพวกมันส่งเสริมการออกซิเดชันของเหล็กที่พื้นผิวของตะกอน และออกไซด์ของเหล็กที่เกิดขึ้นจะจับกับสารประกอบที่มีฟอสฟอรัส[ 24 ]และไฮโดรเจนซัลไฟด์[ 25 ]ซึ่งจำกัดปริมาณฟอสฟอรัสและไฮโดรเจนซัลไฟด์ในน้ำ ฟอสฟอรัสสามารถทำให้เกิดภาวะยูโทรฟิเคชันและไฮโดรเจนซัลไฟด์สามารถเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตในทะเล ซึ่งหมายความว่าแบคทีเรียแบบสายเคเบิลมีบทบาทสำคัญในการรักษาระบบนิเวศทางทะเลในพื้นที่ชายฝั่ง
การมีอยู่ของแบคทีเรียแบบสายเคเบิลสามารถนำไปสู่การลดการปล่อยก๊าซมีเทนจากดินอิ่มตัว การถ่ายโอนอิเล็กตรอนผ่านแบคทีเรียแบบสายเคเบิลช่วยให้การลดซัลเฟตที่เกิดขึ้นในดินที่ถูกน้ำท่วมสมดุลกับการออกซิเดชันของซัลไฟด์ การออกซิเดชันเป็นไปได้เนื่องจากการปล่อยอิเล็กตรอนผ่านเส้นใยของแบคทีเรียแบบสายเคเบิล ด้วยความสมดุลนี้ ซัลเฟตจึงยังคงพร้อมใช้งานสำหรับแบคทีเรียที่ลดซัลเฟตซึ่งแข่งขันกับเมทาโนเจนทำให้การผลิตมีเทนโดยเมทาโนเจนลดลง[ 26 ]
การประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ
พบว่าแบคทีเรียเคเบิลมีความเกี่ยวข้องกับเซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์ เบนทิก ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานเคมีบนพื้นมหาสมุทรเป็นพลังงานไฟฟ้า[ 27 ]ในอนาคต แบคทีเรียเคเบิลอาจมีบทบาทในการเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์ที่ใช้งานในสภาพแวดล้อมตะกอน นอกจากนี้ยังพบว่าแบคทีเรียเคเบิลมีความเกี่ยวข้องกับระบบชีวไฟฟ้าเคมีที่ช่วยเพิ่มการย่อยสลายตะกอนในทะเลที่ปนเปื้อนด้วยไฮโดรคาร์บอน[ 28 ]และอาจมีบทบาทในเทคโนโลยีการทำความสะอาด คราบน้ำมัน ในอนาคต
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ แบคทีเรียสายเคเบิล
แบคทีเรียเคเบิลเป็นแบคทีเรีย ที่มีลักษณะเป็นเส้นใย ซึ่งนำไฟฟ้าได้ในระยะทางมากกว่า 1 ซม.
การค้นพบ
การนำไฟฟ้าในระยะไกลในตะกอนถูกสังเกตครั้งแรกในปี 2010 โดยเป็นการแยกตัวเชิงพื้นที่ของการออกซิเดชันของซัลไฟด์และการลดออกซิเจนในตะกอนทะเล ซึ่งถูกขัดจังหวะและสร้างขึ้นใหม่ในอัตราที่เร็วกว่าที่สามารถอธิบายได้ด้วยการแพร่ทางเคมี [ 1 ]...
สัณฐานวิทยา
เส้นใยแบคทีเรียแบบสายเคเบิลมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1–4 ไมโครเมตรและมีความยาวมากกว่า 1 เซนติเมตร [ 10 ] เซลล์แต่ละเซลล์ในเส้นใยมี รูปร่างเป็นแท่ง ยาวเฉลี่ย 3 ไมโครเมตร [ 2 ] เนื่องจากเป็น แบคทีเรียแกรมลบ จึงมีเยื่อหุ้มเซลล์สองชั้น โดยแต่ละเซลล์มี...
การกระจาย
โดยทั่วไปแบคทีเรียแบบสายเคเบิลจะพบในตะกอนที่ลดลง [ 11 ] พวกมันอาจอยู่ในรูปของเส้นใยเดี่ยวหรือเป็นกลุ่มของเส้นใย [ 11 ] แบคทีเรียแบบสายเคเบิลได้รับการระบุว่าพันกันกับขนรากของพืชน้ำและมีอยู่ในไร โซสเฟียร์ [ 11 ] การ...