Mikroorganizmi koji jedu i dišu električnu struju

Dok se većina živoga svijeta na Zemlji oslanja na vlastite biokemijske procese koji iz hranjivih tvari stvaraju molekule-nosače energije, postoje i bakterije koje žive od konzumacije – električne struje

Bakterijski svijet je bogat i raznovrstan, a takav im je i metabolizam: za razliku od većine višestaničnih organizama životinjskog svijeta koji energiju za svoje životne procese stvaraju u tzv. heterotrofnim procesima razgradnje hranjivih tvari i njihovom oksidativnom fosforilacijom u nosače energije, molekule ATP, bakterije su prilagodljiviji dio živoga svijeta: osim heterotrofije i respiracijskih mehanizama fosforilacije, bakterije mogu živjeti koristeći energiju koju dobiju procesima fermentacije, fotosinteze, autotrofije, anaerobne respiracije, dušičnog ciklusa

Hranjenje elektronima

A onda, u toj šarolikoj lepezi i bogatstvu ponude metaboličkih procesa, postoje i bakterije koje energiju potrebnu za rad svojeg organizma (istina, malenog i jednostaničnog, ali hej! – tko smo mi da sudimo nekoga po veličini?) dobivaju u njenoj izravnoj formi – od elektrona.

Bakterija iz roda Geobacter, jedna od onih koje se "hrane" elektronima: na elektronskomikroskopskoj snimci jasno je vidljivo "ožičenje", dugački izdanci kojima se uzajamno povezuju u mrežu
Bakterija iz roda Geobacter, jedna od onih koje se “hrane” elektronima: na elektronskomikroskopskoj snimci jasno je vidljivo “ožičenje”, dugački izdanci kojima se uzajamno povezuju u mrežu

 

Te „električne bakterije“ za svoje životne procese ne koriste metaboličke cikluse koji „upijaju“ energiju iz okolnih hranjivih tvari, već za svoj pogon koriste samo elektrone prikupljene doslovce iz kontakta sa stijenjem ili metalima. U laboratorijima koji proučavaju ove zaista specijalne oblike života, istraživači takve bakterije uzgajaju izravno na metalnim elektrodama priključenim na izvor struje.

U jednom eksperimentu u kojemu bakterijama nije bio dostupan nijedan drugi izvor hrane, one su izravno s elektroda pod visokovoltažnim naponima „upijale“ elektrone i ugrađivale ih u biokemijske procese sinteze vlastitih proteina, dakle „hranile“ su se elektronima u najdoslovnijem smislu te riječi. Štoviše, kada se napon na elektrodama spuštao prema nižim voltažama, bakterije su iz sebe ispuštale i vraćale nepotrebne elektrone nazad u elektrodu. Prisjetimo se: protok čestica s električnim nabojem (ovdje su to elektroni) generira električnu struju; dakle, otpuštanjem elektrona iz sebe u elektrode, bakterije u fizikalnom smislu postaju generatori elektriciteta.

Bakterijski višežilni kablovi

Zainteresirani ovom unikatnom pojavom, znanstvenici su do sada identificirali osam različitih vrsta bakterija koje „jedu“ i generiraju električnu struju. Te bakterije ne pripadaju istim, pa čak ni srodnim vrstama; zapravo su uzajamno vrlo različite. Vjeruje se da postoji jedan zaseban, posve neistražen svijet takvih mikroorganizama kojima za život ne treba ni hrana ni kisik ni svjetlo, već samo izvor elektrona.

Shewanella oneidensis, električna bakterija pod elektronskim mikroskopom (lijevo) i snimljena tehnikom epifluorescentne mikrografije (desno)
Shewanella oneidensis, električna bakterija pod elektronskim mikroskopom (lijevo) i snimljena tehnikom epifluorescentne mikrografije (desno)

 

Da stvar bude još interesantnija, kod većine sojeva „strujnih“ bakterija opažena je pojava spontanog grupiranja u svojevrsne žive električne mreže: iz svake bakterije izrastaju dugačke vlasaste strukture (nanowires) koje se ponašaju kao električni vodiči, a kako se pojedine bakterije međusobno dodiruju tim dugačkim „žicama“, deseci tisuća pojedinačnih bakterija udružuju se u zajedničke bakterijske kolonije nalik na dugačak umrežen lanac. Dlakavi izdanci (nanovlakna) se uzajamno upletu u svojevrstan električni višežilni kabel, koji je sposoban prenijeti elektrone na udaljenost i do nekoliko centimetara (bakterije imaju promjer od samo nekoliko mikrometara), kroz taj kabel odvija se transfer elektrona između bakterijskih stanica i okoliša.

U tako formiranoj električnoj mreži, prva bakterija koja je najbliža izvoru struje „upija“ elektrone, te ih šalje u zajednički višežilni kabel, prenoseći elektrone na susjedne bakterije, koje ih onda prosljeđuju dalje. Na taj način se elektronima mogu „nahraniti“ i one periferne, terminalne bakterije u koloniji, koje nisu izravno spojene na elektrodu, nego su priključene na živu električnu mrežu putem koje elektroni dolaze do njih.

Mikroskopske elektrane

Strogo uzevši, sve žive stanice u osnovi dobivaju energiju iz elektrona: većina živih vrsta to čini iskorištavanjem hranjivih tvari koje prerađuju kroz složene biokemijske cikluse kako bi elektronima obogatili posebne vrste molekula zvane „nosači energije“, npr. adenozin trifosfat, ATP (nema veze s tenisom). Međutim, za razliku od takvih mikroorganizama, „strujne“ bakterije mogu preživjeti i kada im nije dostupno ništa drugo osim elektriciteta, odnosno struje elektrona.

Kolonija bakterije Shewanella, uzajamno umrežena nanovlaknima koja provode elektrone
Kolonija bakterije Shewanella, uzajamno umrežena nanovlaknima koja provode elektrone

Posve je jasna zainteresiranost znanstvenika za ove „mikroskopske elektrane“: ukoliko bi se pronašao način za njihov uzgoj i kontroliranje njihovih metaboličkih procesa, električne bakterije bi mogle postati žive, biološke baterije iskoristive u praktičnoj primjeni. Ipak, stručnjaci još uvijek nisu posve sigurni kojim fizikalnim procesima se te bakterije koriste za prihvaćanje, prenošenje i otpuštanje električne struje, pa trenutno traju brojna istraživanja i pokusi usmjereni prema pronalaženju odgovora na to pitanje. Kada budemo poznavali točne mehanizme kojima te bakterije funkcioniraju i stvaraju elektricitet, vjerojatno ćemo jednoga dana na imati mogućnost korištenja električnih baterija – od bakterija.

BUG


Donirajte Udrugu Mlada pera

[give_form id=”6365″ show_title=”true” show_goal=”false” show_content=”none” display_style=”reveal” continue_button_title=”Donirajte djecu”]


Dozvoljeno je dijeljenje i kopiranje sadržaja ovog portala na druge portale, stranice ili blogove, uz obavezno navođenje izvora.

Odgovori

Ova web-stranica koristi Akismet za zaštitu protiv spama. Saznajte kako se obrađuju podaci komentara.