就像汽車需要燃料才能運(yùn)行一樣，微生物也需要能量才能生存。

內(nèi)燃機(jī)(例如汽車或發(fā)電廠)在運(yùn)行太快會(huì)降低效率，同樣，德克薩斯 A&M AgriLife 研究科學(xué)家及其團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，微生物會(huì)隨著代謝率的增加而降低效率。

微生物在各種環(huán)境條件下，可以有效地利用能源，對(duì)全球氣候和碳循環(huán)以及可解決全球變暖的生物技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生影響。

“微生物生長(zhǎng)的能量縮放”發(fā)表在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊上，為科學(xué)家檢查微生物的這些代謝過(guò)程提供了一個(gè)新的數(shù)學(xué)模型。

首席研究員 Salvatore Calabrese 博士、德克薩斯 A&M 大學(xué)農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程系助理教授說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)是深入了解支配所有生命系統(tǒng)的能量原則。

依靠廣泛的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，來(lái)自瑞典斯德哥爾摩大學(xué)和加拿大滑鐵盧大學(xué)的 Calabrese 及其同事專注于橋接生物化學(xué)和熱力學(xué)，以計(jì)算代謝活動(dòng)。

例如生長(zhǎng)所需的能量，最終計(jì)算微生物的熱力學(xué)效率。使用統(tǒng)計(jì)技術(shù)，他們發(fā)現(xiàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室中常用的已建立的微生物參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)能源效率，例如微生物的生長(zhǎng)速度。

人們可以將微生物視為微型熱力學(xué)機(jī)器，通過(guò)對(duì)它們的能量學(xué)的詳細(xì)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)它們的效率是可以預(yù)測(cè)的。這種可預(yù)測(cè)性和這種數(shù)學(xué)公式將使其他科學(xué)家能夠了解微生物如何應(yīng)對(duì)不斷變化的環(huán)境條件。

這一發(fā)現(xiàn)開啟了人們對(duì)這些重要生物如何在不斷變化的環(huán)境條件下生長(zhǎng)的理解，不僅對(duì)于預(yù)測(cè)氣候和土地利用變化對(duì)土壤和生態(tài)系統(tǒng)的影響至關(guān)重要，而且對(duì)于預(yù)測(cè)土壤如何通過(guò)固碳幫助緩解全球暖化。

土壤微生物是將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可以穩(wěn)定并儲(chǔ)存在土壤中的形式的基礎(chǔ)，更高效的微生物可以幫助在土壤中儲(chǔ)存更多的碳——這就是為什么我們的結(jié)果對(duì)氣候變化研究很重要，

Calabrese發(fā)現(xiàn)可以應(yīng)用他的工程知識(shí)將微生物中的這些反應(yīng)與可量化和可預(yù)測(cè)的結(jié)果聯(lián)系起來(lái)。微生物熱力學(xué)類似于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃料以產(chǎn)生能量，而土壤中的微生物以有機(jī)碳為食以產(chǎn)生能量。

正如可以預(yù)測(cè)，一輛以 70 英里/小時(shí)的速度行駛的汽車會(huì)因風(fēng)阻等因素而降低效率，并且在相同距離內(nèi)比以 55 英里/小時(shí)行駛時(shí)燃燒更多的燃料一樣，卡拉布雷斯的團(tuán)隊(duì)找到了一種方法來(lái)預(yù)測(cè)微生物如何隨著代謝率的增加而失去效率。

經(jīng)過(guò)近兩年的深入研究，Calabrese 和合作者提出了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)持續(xù)估計(jì)微生物能量學(xué)?，F(xiàn)在，Calabrese 和研究同事正致力于回答有關(guān)微生物對(duì)氮和有機(jī)物等因素的條件反應(yīng)的問(wèn)題。

這一發(fā)現(xiàn)將推動(dòng)一般熱力學(xué)理論中的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，擴(kuò)展到所有形式的生物和最終生態(tài)系統(tǒng)以及它們?nèi)绾蜗嗷ヂ?lián)系，微生物是所有生命的基本基礎(chǔ)，這一發(fā)現(xiàn)為這一探索提供了一個(gè)起點(diǎn)。