Need bakterid söövad ja hingavad elektrit

Kuuma vee basseinid nagu see - Heart Lake Geyseri basseinis, Yellowstone'i rahvuspargis, Wyomingis - on koduks bakteritele, kes saavad elektrit süüa ja hingata. Pilt Washingtoni Riikliku Ülikooli (WSU) kaudu.

Bakterid on ühed kõige mitmekesisemad ja kohanemisvõimelisemad organismid Maal. Neid võib leida karmides keskkondades, kus vähesed muud elusolendid suudavad ellu jääda. Nad kasutavad teadaolevalt mitmesuguseid energiaallikaid. Sel kuul (5. märtsil 2019) kirjeldasid Washingtoni osariigi ülikooli teadlased vähetuntud bakteriliikide esimest korda õnnestunud in situ kollektsiooni, mis sööb ja hingab elektrit .

Teadlased avaldasid oma eelretsenseeritud leiud ajakirjas Power Sources .

Nad püüdsid mõistatuslikke elektrit söövaid baktereid edukalt eelmise aasta augustis Wyomingi Yellowstone'i rahvuspargi Heart Lake Geyseri basseini piirkonnas. Nende töö viis nad pikkadele matkadele selle piirkonna nelja põlise kuumaveeallika juurde. WSU kraadiõppur Abdelrhman Mohamed, kes on uuringu esimene autor, kommenteeris:

See oli esimene kord, kui selliseid baktereid koguti kohapeal ekstreemses keskkonnas nagu leeliseline kuumaveeallikas.

Ta lisas, et temperatuur vedrudes varieerus umbes 110 kuni ligi 200 kraadi Fahrenheiti (43 kuni 93 kraadi Celsiuse järgi).

Shewanella oneidensis - bakteriliik, mis kasutab energia saamiseks toorest elektrit. Pilt uri Gorby / Rensselaeri Polütehnilise Instituudi kaudu.

Uurimisrühm suutis baktereid varjamisest välja meelitada, sisestades kuumaveeallika vee serva mõned elektroodid - elektrijuhid.

Kolmkümmend kaks päeva hiljem naasid teadlased elektroodide leidmiseks, mis olid veest baktereid meelitanud. Mohamed ja järeldoktor Phuc Ha analüüsisid tulemusi. Nende avalduses hüüti:

Voila! Neil oli õnnestunud tabada oma saagiks - soojust armastavad bakterid, mis "hingavad" elektrit läbi elektroodide tahke süsiniku pinna.

See kõlab natuke nagu ulme, kuid see on veel üks näide sellest, kuidas mikroorganismid suudavad kohaneda mitmesuguste äärmuslike keskkondadega, kasutades energia saamiseks ja toitainetena ükskõik milliseid ressursse.

Sarnaseid baktereid on varemgi kultiveeritud, kuid mitte in situ võetud sellisest äärmuslikust keskkonnast - antud juhul leeliselisest kuumaveeallikast. Nende avalduses selgitati nende kohta lähemalt:

Enamik elusorganisme, sealhulgas inimesi, kasutavad oma keha jõudmiseks keerukate keemiliste reaktsioonide ahelas elektrone, mis on pisikesed negatiivselt laetud osakesed. Iga organism vajab elamiseks elektronide allikat ja kohta, kuhu elektronid suunata. Kuigi meie inimestena saavad meie elektronid söödavas toidus sisalduvatest suhkrutest suhkrud ja juhivad neid kopsude kaudu hingatavasse hapnikusse, suunavad mitut tüüpi bakterid väljaulatuvate juustetaoliste juhtmete abil oma elektrone väliste metallide või mineraalide juurde.

Nende teadlaste sõnul pole nende bakterite jälgimine laboris lihtne, mis on üks põhjus, miks meeskond soovis seda siis oma elupaigas uurida. Uuringut juhendanud WSU Haluk Beyenali sõnul:

Geotermilistes omadustes, näiteks kuumaveeallikates leiduvaid looduslikke tingimusi on laboritingimustes keeruline korrata. Nii töötasime välja uue strateegia soojust armastavate bakterite rikastamiseks nende looduskeskkonnas.

Bakterite kogumiseks sellises väljakutsuvas kohas kasutas Mohamed odavat kaasaskantavat potentsiostaati, elektroonilist seadet, mis juhtis pikka aega kuumaveeallikatesse sukeldatud elektroode.

Geobakter, teist tüüpi bakter, mis kasutab elektrit. Pilt Science Photo Library / Corbis kaudu.

Need teadlased ütlesid:

Need pisikesed olendid pole üksnes akadeemilise huvi all.

Need võivad pakkuda ka vihjeid inimkonna mõnele suurimale keskkonnaprobleemile, sealhulgas saastamisele ja säästvale energiale. Need bakterid võivad sõna otseses mõttes “süüa” reostust, muundades mürgised saasteained vähem kahjulikuks aineks. Ja selle käigus võivad nad isegi elektrit toota. Nagu Beyenal märkis:

Kuna need bakterid juhivad oma elektrone metallideks või muudeks tahketeks pindadeks, võivad nad tekitada elektrivoo, mida saab kasutada vähese energiatarbega rakenduste jaoks.

Kui lahe see on?

Mõned bakterid võivad toidu ja energia jaoks kasutada üsna tavapäratut allikat - elektrit. Pilt Edward Aspera Jr kaudu / Ameerika Ühendriikide õhujõud / Wikipedia / Public Domain.

Nagu ka 2015. aastal teatatud, võivad mõned bakterid elada isegi ainult elektronides. Lõuna-California ülikooli järeldoktori Annette Rowe sõnul:

See on hull nähtus. Olen hoidnud mõnda neist vigadest üle kuu ilma süsiniku lisamiseta.

Nagu Rowe märkis, pidid nad toime tulema üksnes elektroodist saadava elektriga, kuna muud energiaallikana polnud saadaval.

Bakterid olid esimeste teadaolevate eluvormide hulgas, mis Maa peale ilmusid, ja neid võib leida pinnases, vees, kuumaveeallikates, radioaktiivsetes jäätmetes ja maapõue sügavates osades. Nende kohta on olemas isegi tõendeid ookeani sügavaimas osas - Marianase kraavis - vastavalt 2013. aastal tehtud uuringule. Nad elavad ka sümbiootilistes ja parasiitsuhetes taimede ja loomadega.

Need uued leiud näitavad, kui vastupidavad ja kohanemisvõimelised võivad olla mõned bakteriliigid. Nad saavad kuumaveeallikates ellu jääda ja õitseda ning kasutada oma toidu ja energia jaoks ka tavapäratut allikat: elektrit. Ehk aitavad need teadlasi, kes otsivad uusi võimalusi keskkonnareostuse vastu võitlemiseks ja inimkonnale tulevikus säästva energia pakkumiseks.

Alumine rida: teadlased tegid esimest korda eduka in situ kollektsiooni bakteritest, mis elavad kuumaveeallikates Yellowstone'i rahvuspargis ja kasutavad toidu ja energia jaoks ebatraditsioonilist allikat - elektrit.

Allikas: aluselistes kuumaveeallikates kasutatavate polariseeritud elektroodide mikroobikoosluste rikastamine in situ

Washingtoni osariigi ülikooli kaudu