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帮助分解尸体 细菌和蛆虫或成丧尸末日中人类救星( 四 )

小知识科普细菌科学家甲烷蛆虫


图5：2012年 ， 电影导演詹姆斯·卡梅隆来到了海洋最深处——挑战者深海 。 在那里 ， 他收集了水和沉积物样本供科学家研究
甚至我们厨房和堆肥里的细菌也引起了科学家们的兴趣 。 酵母面包是在面包粉中混合了大量的细菌后 ， 产生了独特的酸味所致 。 这些细菌产生二氧化碳、酸和其他有味道的化合物 。 但要发挥作用 ， 酵母细菌需要其他朋友帮忙 。 只要从混合物中分离出一种细菌 ， 化学反应就不会发生 。
微生物学家史蒂夫·辛格（Steve Singer）住在以酵母面包闻名的加州城市旧金山附近 。 他在劳伦斯伯克利国家实验室的能源部工作 ， 并怀疑他可以利用酵母的经验来制造更好的生物燃料 。 这些植物燃料可以为汽车或卡车提供动力 ， 它们被认为是“绿色能源” ， 比化石燃料更环保 。
图6：细菌瓶放在窗台上 ， 瓶子里有白色物质 。 微生物学家史蒂夫·辛格(Steve Singer)研究生活在垃圾上的细菌
为了制造生物燃料 ， 科学家必须把植物分解成糖类 ， 这些糖可以被转化为乙醇(酒精)等燃料 。 分解植物的化学反应需要酶的帮助 ， 这些分子能启动或加速化学反应 。 目前 ， 用于制造生物燃料的酶很昂贵 ， 而且效率也不高 。 这就是为什么全世界的研究人员都在寻找能够降低成本并加速生物燃料生产的酶的原因 。
辛格把寻找它们的目光转向堆肥堆 。 在那里 ， 细菌群落正在努力分解腐烂的水果和蔬菜 。 辛格把一小块堆肥样本带回了他的实验室 。 在那里 ， 他让来自堆肥的细菌在烧杯里生长 。 后来 ， 他收集了这些细菌产生的酶 ， 并在其他植物上进行了测试 。 这样做产生了效果 ， 酶把植物分解成糖 。
就像酸面团细菌需要它们的朋友来发挥作用一样 ， 辛格发现这些微生物只有当它们来自不同的堆肥细菌群落才能产生有用的酶 。 辛格现在正在扩大他的计划 ， 其团队正在一个叫做生物反应器的巨大容器中培育细菌 。 在制造出大量的新酶之后 ， 他可以测试它们是否比现有的酶更有效地将植物废料转化为燃料 。
元基因组
辛格正在研究他的新酶 ， 却不知道是哪些细菌在制造它们 。 这并不奇怪 ， 细菌是肉眼看不见的 。 即使有显微镜 ， 区分两个物种也很难 。 它们看起来不像两种鸟类或花那样截然不同 。 科学家需要一种不同的方法来区分细菌 ， 并知道它们何时诞生了新的细菌 。 这项调查的关键时DNA 。 所有的生物体在他们的环境中都会释放些DNA 。 在荷兰生态研究所研究细菌的凯利·拉米雷兹（Kelly Ramirez）解释称：“这就像一个指纹 ， 每个都是独一无二的 。 ”
擦洗橱柜台面 ， 你可能会发现人类的DNA 。 也可能有些植物DNA(来自刚刚切好的蔬菜) ， 或几种真菌的DNA 。 如果你养宠物 ， 甚至可能会有些狗或猫的DNA 。 你也会得到一堆细菌DNA ， 因为细菌几乎无处不在 。 所有被丢弃的基因片段都被称为环境DNA（eDNA） 。
图7：超过1000名科学家正在共同努力对地球上所有的细菌进行分类 ， 他们的项目被称为地球微生物项目（Earth Microbiome Project） 。 到目前为止 ， 他们已经收集了超过10万份细菌样本
拉米雷兹指出 ， 科学家可以利用这些基因指纹来发现新的细菌 。 他们只需要带些泥土、海水或堆肥到实验室 ， 看看里面有什么 。 环境中所有遗传物质的总和被称为元基因组(metagenome) 。 尼克把它想象成DNA汤 ， 所有用于构建不同生物体基因的分子都混杂起来 。 科学家们用计算机来解开这团乱麻 。
计算机程序像筛子一样过滤DNA汤 。 科学家们会从中寻找熟悉的基因序列模式 ， 它们形成了生物体的DNA指纹 。 如果科学家们发现了他们无法识别的指纹 ， 那可能是因为它来自新物种 。 科学家们可以将这些模式与熟悉的细菌指纹相比较 ， 看看新细菌来自生命之树的什么地方 。 比德尔解释道：“我们现在可以在看不到的情况下发现新的微生物 。 ”

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