《细胞》

胞外呼吸是大肠杆菌的一种潜在能量代谢方式

美国莱斯大学的Caroline M. Ajo-Franklin团队发现，胞外呼吸是大肠杆菌的一种潜在能量代谢方式。近日，相关研究成果发表于《细胞》。

多种微生物通过氧化还原穿梭体与环境进行电子交换，这种介导的胞外电子传递（EET）支持了它们在厌氧条件下的生存。尽管介导的EET已应用于生物电催化数十年，但关于这些氧化还原穿梭体如何在细胞内被还原及其在细胞生物能量学中的作用，仍然存在一些未知问题。

研究者整合了基因组编辑、电化学和系统生物学方法，研究了大肠杆菌中介导的EET机制及其生物能量学特性。研究显示，在缺乏其他电子受体的情况下，2-羟基-1,4-萘醌（HNQ）通过胞质硝基还原酶NfsB和NfsA的氧化还原循环，使大肠杆菌能够在胞外电极上进行呼吸作用。此外，大肠杆菌在外膜孔蛋白OmpC上表现出快速遗传适应性，增强了HNQ介导的EET水平，并与其生长相耦合。

研究表明，大肠杆菌可以独立于经典的电子传递链和发酵过程进行生长，揭示了一种可能广泛存在的新型厌氧能量代谢方式。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.03.016

《物理评论A》

光学莫尔势中的有效紧束缚模型

近日，法国巴黎综合理工学院的Laurent Sanchez-Palencia团队探索了光学莫尔势中的有效紧束缚模型。相关研究成果发表于《物理评论A》。

两个周期性系统之间的扭转提供了一种大幅调控量子输运性质的可能性。在离散的相称扭转角集合处会形成莫尔周期图案，其低能单粒子能谱呈现明显的能带与带隙结构。

该研究由两个连续空间周期势构成的相称扭转角系统，基于能量尺度的层级结构，开发了一种普适方法，以推导捕捉能谱的有效紧束缚模型，重点关注正方形晶格的情形。莫尔单胞内的局域态通过强胞内隧穿和弱胞间隧穿耦合，生成一系列对应不同周期性晶格的能带与子带。研究人员发现，对于足够深的势场，连续空间系统的能谱与所构建的紧束缚近似能谱吻合。

该方法可以对莫尔能带结构进行解释，并提取有效紧束缚模型的参数。研究还讨论了其在多体物理中的应用以及向其他扭转模型的扩展。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.111.043305

《自然-物理学》

实验室地震中同时发生的慢速和快速摩擦破裂

以色列希伯来大学的Fineberg Jay团队对实验室地震中同时发生的慢速和快速摩擦破裂进行了研究。4月14日，相关研究成果发表于《自然-物理学》。

摩擦运动由界面失效引发，这种失效通过类似地震的破裂过程介导，通常会加速到接近声速。在实验室和天然断层环境中都可能出现慢速破裂，但人们尚未完全理解其驱动机制。尽管断裂力学能够很好地描述快速摩擦破裂，但对慢速破裂的适用性尚不明确。

研究人员通过实验表明，极慢速（约厘米每秒）和快速（千米每秒）破裂可在同一摩擦界面内重复传播。研究显示，加载速率与界面阻力、断裂能的速度相关性之间的动态平衡，使慢破裂能在极低的外加剪切应力下成核并传播。在相同界面中，快速破裂也会发生，但仅在更高应力条件下具备成核可能时出现。

研究人员发现，两类破裂的动力学特征和结构均可通过断裂力学进行有效描述，其存在源于界面性质与破裂速度的紧密相互作用。这些结果为理解断层动力学及相关摩擦运动提供了见解。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41567-025-02871-3

《地质学》

人类碎屑岩快速循环的证据

英国格拉斯哥大学的David James Brown团队研究了人类碎屑岩快速循环的证据。近日，相关研究成果发表于《地质学》。

人类在全球范围内产生、运输、堆积大量天然和人为产生的废料。然而，这些物质随后的重新分配和岩化过程仍有待了解。对此，研究者记录了沿海地区的一个快速人为碎屑岩循环过程。

英国西坎布里亚是19世纪和20世纪的一个主要钢铁制造地区，有一个胶结的、类似砾岩的岩石前滨平台。碎屑形状和沉积结构分析表明，这些物质从相邻的炉渣堆中侵蚀而来，并经过自然的海岸作用过程被搬运和沉积。通过微观结构和地球化学分析，研究者鉴定出方解石、针铁矿和水镁石胶结物，其中有人为材料，如铝制易拉罐拉环等。

这些结果表明，对于碎屑岩来说，这种岩化过程的速度之快前所未有，而且是由废料的化学成分驱动的。关于快速人为碎屑岩循环的认识挑战了传统观点，对不断变化的海岸动力学以及人为景观的管理有着重要意义。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1130/G52895.1