最近《工作細胞》這部來自日本的動漫刷爆了朋友圈，每天我們的身體都有約37兆2千億個細胞在精神十足地工作。

然而今天講的主角是動漫里面的“壞人”——細菌，它們被科學家們在人體的腸道內發現，研究并用于工業發展，擁有了更大的用武之地。

研究人員在人體微生物組中發現了100多種細菌，可以通過不同的、更簡單的細胞外電子傳遞系統制造細菌發電電池，它們具有更強的發電能力和電感能力。

細菌電池的新發現

細菌電池的原理是利用細菌代謝產生的能量發電，英國植物學家馬克·皮特首先以鉑作電極將大腸桿菌或普通酵母菌的培養液里，制造出世界上第一個細菌電池。

這樣的電池相比礦物燃料發電，降低了對環境的污染，但成本較高，現在日本、美國、英國等國家都有利用細菌發電技術發電。

現在的細菌電池有了新進展。科學家發現，一種常見的引起腹瀉的細菌使用與已知的產電細菌完全不同的技術發電，還同時發現了還有數百種其他細菌物種具有同樣的發電功能。

細菌通過其細胞壁將電子作為微小電流傳輸到環境中

這些細菌是人體腸道微生物組的一部分，它們一些是病原體，一些是益生菌，在人體內相互作用，具有自主發電的特性。

這對于那些目前想要使用微生物制造活細胞的人來說無疑是個好消息。例如，這種“綠色”生物能源技術可以從廢物處理廠的細菌中產生電力。

發電源于生存

細菌自主發電跟我們需要呼吸一樣簡單自然。而發電細菌很多都是無氧生存的，他們必須找到另一個電子受體。比如說在地質環境中，電子受體通常是細胞外的礦物質——鐵或錳。在某種意義上，這些細菌依靠鐵或錳來“呼吸”。

將電子從細胞轉移到礦物質需要一系列特殊的化學反應，即所謂的細胞外電子傳遞鏈，它將電子作為微小的電流傳輸。一些科學家利用這個鏈條來制造電池：將電極粘在這些細菌皿中，你就可以發電了。

新發現的細胞外電子傳遞系統實際上比已知的轉移鏈更簡單，發電不是必須的，而是必要時發起的機制，比如說在氧氣過低時。

目前被發現具有這種發電系統的革蘭氏陽性細菌生活在具有大量黃素的環境中，黃素是維生素B2的衍生物。

同樣的細菌為了生存會通過吸取礦物質來轉移電子受體，而在另外的生存環境中使用細胞外電子轉移是因為這方法對它們更容易。因此，這些細菌的細胞結構和它們生存環境使得電子從細胞中轉移出來更具成本效益。

在工業發展中的應用

科學家們用一個電極測量從細菌流出的電流大約有500微安，這雖然很小，但隨著科學發展和研究人員的不斷努力，細菌電池的發電效率正在不斷上升，這也使得細菌發電電池的前景越來越廣闊。

2016年荷蘭一所大學研究的細菌電池，以細菌用電力合成醋酸鹽，然后再利用細菌把醋酸鹽轉化成電力。細菌電池充電16小時后，可提供8小時電力。

之后英國牛津大學的研究人員成功模擬了一個生物能源發電站。他們使用計算機來控制細菌的運動，讓它們在液體中懸浮游動。之后，他們在這些細菌中間加入輪狀結構，其周圍的細菌就會圍繞著這些輪狀物運動。這會產生一些微小的電量，能為一些小型設備供電。

細菌發電技術還有其他一些應用方向，比如說目前廢水處理技術是依靠電能來運轉的，細菌發電的技術一旦成熟走向應用，廢水本身就可以成為發電的資源。這是一個可以用高效、低成本的方法解決能源問題的路徑之一。

然而如何讓實驗室細菌真正走進大眾視野，還有很長一段路要走，未來還需要通過不同領域的科學家共同努力，將理想賦予現實。