За разлика от всеки друг живот на Земята, тези необикновени бактерии използват енергия в най-чистата й форма - ядат и дишат електрони - и те са навсякъде

електрическите

ЛЕПЕТЕ електрод в земята, изпомпвайте електроните надолу и те ще дойдат: живи клетки, които ядат електричество. Известно е, че бактериите оцеляват с различни енергийни източници, но нито една толкова странна като тази. Помислете за чудовището на Франкенщайн, съживено от галванична енергия, с изключение на това, че тези „електрически бактерии“ са много реални и се появяват навсякъде.

За разлика от всяко друго живо същество на Земята, електрическите бактерии използват енергия в най-чистата си форма - голо електричество под формата на електрони, събрани от скали и метали. Вече знаехме за два вида, Shewanella и Geobacter. Сега биолозите показват, че могат да привлекат много повече от скалите и морската кал, като ги изкушат с малко електрически сок. Експерименти с отглеждане на бактерии върху батерийни електроди показват, че тези нови, изумителни форми на живот по същество ядат и отделят електричество.

Това не би трябвало да е пълна изненада, казва Кенет Нийлсън от Университета на Южна Калифорния, Лос Анджелис. Знаем, че животът, когато го сварите направо, е поток от електрони: „Ядете захари, които имат излишни електрони, и вдишвате кислород, който охотно ги приема“. Нашите клетки разграждат захарите и електроните преминават през тях в сложен набор от химични реакции, докато не се предадат на гладен за електрон кислород.

Реклама

„Животът е умен. Измисля как да изсмукваме електроните от всичко, което ядем, и да ги държим под контрол ”

В този процес клетките правят АТФ, молекула, която действа като единица за съхранение на енергия за почти всички живи същества. Преместването на електрони наоколо е ключова част от създаването на АТФ. „Животът е много умен“, казва Нийлсън. „Измисля как да изсмукваме електроните от всичко, което ядем, и да ги държим под контрол.“ В повечето живи същества тялото опакова електроните в молекули, които могат безопасно да ги пренесат през клетките, докато не бъдат изхвърлени на кислород.

„Това е начинът, по който правим цялата си енергия и тя е еднаква за всеки организъм на тази планета“, казва Нийлсън. „Електроните трябва да текат, за да може да се натрупва енергия. Ето защо, когато някой задуши друг човек, той е мъртъв за минути. Спряхте подаването на кислород, така че електроните вече не могат да текат. "

Видео: Електрическите бактерии се свързват, за да образуват проводници

Откриването на електрически бактерии показва, че някои много основни форми на живот могат да премахнат захарните посредници и да се справят с енергията в най-чистата й форма - електрони, събрани от повърхността на минералите. „Знаеш ли, наистина е чуждо“, казва Нийлсън. "В известен смисъл, извънземен."

Екипът на Нийлсън е един от малцината, които сега отглеждат тези бактерии директно върху електроди, поддържайки ги живи с електричество и нищо друго - нито захари, нито друг вид хранителни вещества. Силно опасният еквивалент при хората, казва той, би бил за нас да се включим, като си пъхнем пръстите в електрически контакт с постоянен ток.

За да отглежда тези бактерии, екипът събира утайката от морското дъно, връща я обратно в лабораторията и вкарва електроди в нея.

Първо измерват естественото напрежение върху утайката, преди да приложат малко по-различно. Малко по-високо напрежение предлага излишък на електрони; малко по-ниско напрежение означава, че електродът лесно ще приема електрони от всичко, което желае да ги предаде. Буболечките в утайките могат или да "изядат" електрони от по-високото напрежение, или да "дишат" електрони към електрода с по-ниско напрежение, генерирайки ток. Този ток се улавя от изследователите като сигнал за типа живот, който са заловили.

„По принцип идеята е да вземете утайка, да залепите електроди вътре и след това да попитате„ Добре, кой харесва това? “, Казва Нейлсън.

Шокиращ дъх

На конференцията по геология на Goldschmidt в Сакраменто, Калифорния, миналия месец, Шиуе-лин Ли от лабораторията на Нейлсън представи резултати от експерименти с отглеждане на електрически въздух в утайки, събрани от пристанището на Санта Каталина в Калифорния. Ямини Джангир, също от Университета на Южна Калифорния, представи отделни експерименти, които отглеждат дишачи за електричество, събрани от кладенец в Долината на смъртта в пустинята Мохаве в Калифорния.

В Университета на Минесота в Сейнт Пол, Даниел Бонд и колегите му публикуват експерименти, показващи, че те могат да отглеждат бактерии, които събират електрони от железен електрод (mBio, doi.org/tqg). Това изследване, казва ръководителят на Джангир Мох Ел-Наггар, може да е най-убедителният пример, който имаме досега за консуматорите на електричество, отглеждани с доставка на електрони без добавена храна.

Но Нийлсън казва, че предстоят още много неща. Неговата докторантка Анет Роу е идентифицирала до осем различни вида бактерии, които консумират електричество. Тези резултати се изпращат за публикуване.

Нийлсън е особено развълнуван, че Роу е открил толкова много видове електрически бактерии, всички много различни помежду си, и никой от тях не е подобен Shewanella или Geobacter. „Това е огромно. Това означава, че има цяла част от микробния свят, за която ние не знаем. "

„Това е огромно. Това означава, че има цяла част от микробния свят, за която не знаем "

Откриването на тази скрита биосфера е именно причината Джангир и Ел-Наггар да искат да култивират електрически бактерии. „Използваме електроди, за да имитираме техните взаимодействия“, казва Ел-Наггар. „Култивиране на„ некултурните “, ако искате.“ Изследователите планират да инсталират батерия в златна мина в Южна Дакота, за да видят какво могат да намерят да живеят там долу.

НАСА също се интересува от неща, които живеят дълбоко под земята, тъй като такива организми често оцеляват с много малко енергия и те могат да предложат начини на живот в други части на Слънчевата система.

Електрическите бактерии могат да имат практическо приложение тук на Земята, като например създаване на биомашини, които правят полезни неща като почистване на отпадъчни води или замърсени подпочвени води, докато черпят собствената си енергия от заобикалящата ги среда. Нейлсън ги нарича полезни устройства със самостоятелно захранване или SPUD.

Освен практичността, друга вълнуваща перспектива е да се използват електрически бактерии, за да се изследват основни въпроси за живота, като например какъв е минимумът енергия, необходим за поддържане на живота.

За това се нуждаем от следващия етап на експерименти, казва Юри Горби, микробиолог от Политехническия институт Rensselaer в Троя, Ню Йорк: бактериите трябва да се отглеждат не на един електрод, а между два. Тези бактерии ефективно ще изядат електрони от единия електрод, ще ги използват като източник на енергия и ще ги изхвърлят към другия електрод.

Горби вярва, че скоро ще бъдат открити бактериални клетки, които ядат и дишат електрони. „Една електрическа бактерия, отгледана между два електрода, може да се поддържа практически завинаги“, казва Горби. „Ако нищо няма да го изяде или унищожи, тогава теоретично трябва да можем да поддържаме този организъм за неопределено време.“

Възможно е също така да се променя напрежението, приложено към електродите, като енергийното притискане на клетките до точката, в която те просто правят абсолютния минимум, за да останат живи. В това състояние клетките може да не могат да се възпроизвеждат или да растат, но все пак ще могат да извършват ремонти на клетъчни машини. „За тях работата, която върши енергията, би била поддържането на живота - поддържането на жизнеспособността“, казва Горби.

Колко сок ви е необходим, за да поддържате жива електрическа бактерия? Отговорете на този въпрос и сте отговорили на един от най-фундаменталните екзистенциални въпроси, които съществуват.

Тел в калта

Електрическите бактерии се предлагат във всякакви форми и размери. Преди няколко години биолозите откриха, че някои произвеждат подобни на косми нишки, които действат като жици, пренасяйки електрони напред-назад между клетките и тяхната по-широка среда. Нарекли ги микробни нанопроводи.

Ларс Питър Нилсен и колегите му от университета в Орхус в Дания са открили, че десетки хиляди електрически бактерии могат да се обединят, за да образуват маргаритни вериги, които носят електрони на няколко сантиметра - огромно разстояние за бактерия с дължина само 3 или 4 микрометра. Това означава, че бактериите, живеещи в, да речем, кал от морското дъно, където не прониква кислород, могат да получат достъп до кислород, разтворен в морската вода, просто като се държат за ръце с приятелите.

Такива бактерии се появяват навсякъде, където погледнем, казва Нилсен. Един от начините да разберете дали сте в присъствието на тези електронни манипулатори е да поставите бучки мръсотия в плитка чиния, пълна с вода, и внимателно да я завъртите. Мръсотията трябва да се разпадне. Ако не стане, вероятно кабелите от бактерии го държат заедно.

Nielsen може да забележи проблясъка на кабелите, когато разкъсва пръстта и я държи нагоре на слънчева светлина (вижте видеоклипа).

Гъвкави биокабели

Това е нещо повече от малко забавление. Ранната работа показва, че такива кабели провеждат електричество, както и проводниците, които свързват тостера ви към електрическата мрежа. Това може да отвори интересни изследователски пътища, включващи гъвкави, отглеждани в лаборатория биокабели.

Тази статия се появи в печат под заглавието „Поглъщащите електричество“