Бактерії, які живуть на чистій електриці

Бактерії, які живуть на чистій електриці

На відміну від інших форм життя на Землі, ці надзвичайні бактерії використовують енергію в її чистому вигляді — вони живляться електронами — і вони всюди.

Встроміть електрод в землю, пустіть по ньому струм, і вони прийдуть: живі клітини, які їдять електрику. Ми знаємо багато дивовижних бактерій, які виживають на різноманітних джерелах енергії, але всі вони програють цим фантастичним створінням в чудернацтві. Мимоволі згадується чудовисько Франкенштейна, оживлене гальванічною енергією, проте «електричні бактерії» цілком реальні і мають звичку несподівано виникати практично скрізь.

На відміну від інших форм життя на Землі, електричні бактерії використовують енергію в чистому вигляді — голу електрику в формі електронів, зібраних з каміння і металів. Вже відомі два типи таких бактерій: Shewanella і Geobacter. Але тепер біологи можуть виманити набагато більше любителів електрики з гірських порід та морського мулу, спокушаючи їх електричним струмом. Експерименти продемонстрували, що ці незвичні, приголомшливі форми життя, по суті, їдять і виділяють електрику.

Втім, за словами Кеннета Нільсона з Південно-Каліфорнійського університету, існування таких організмів не така вже й несподіванка. Ми знаємо, що життя в своїй основі — це потік електронів: «Ви їсте цукор, який має зайві електрони, і ви дихаєте киснем, який охоче їх приймає».

Наші клітини руйнують цукор, вивільняючи електрони, які після складного комплексу хімічних реакцій передаються голодному на електрони кисню. В ході цього процесу клітини виробляють АТФ — молекулу, яка виступає в якості накопичувача енергії майже у всіх живих істот. Рух електронів — ключовий момент утворення АТФ. «Життя дуже розумне, — говорить Нільсон. — Воно дізналось, як отримувати електрони з їжі і тримати їх під контролем».

Тіла більшості живих істот запаковують електрони в молекули, де вони зберігаються, поки не зустрінуться з киснем. «Так ми виробляємо всю нашу енергію, і це справедливо для кожного організму на цій планеті, — говорить Нільсон. — Рух електронів необхідний для отримання енергії. Саме тому, коли душать людину, вона помирає протягом декількох хвилин. Припиняється подача кисню, що унеможливлює рух електронів».

Відкриття електричних бактерій показує, що деякі дуже прості форми життя можуть обійтись без солодкого посередника і розпоряджатись енергією в чистому вигляді — електронами, зібраними з поверхні мінералів.

Команда Нільсона — один з небагатьох колективів, які вирощують сьогодні такі бактерії. Їх життя підтримується однією електрикою, більше нічим — ні цукром, ні будь-якою іншою поживною речовиною. Щоб виростити ці бактерії, вчені збирають осад з дна моря, відносять в лабораторію та вставляють в нього електроди.

Спершу вони вимірюють власну напругу осаду, після чого вносять невелику різницю потенціалів. Там, де напруга вища, утворюється надлишок електронів; там, де нижча, електрод прийматиме всі електрони, які рухатимуться повз нього. Бактерії в осаді починають «їсти» електрони з першого електроду та «дихати» електронами з другого, тим самим утворюючи струм.

Шокуюче дихання

В червні цього року на Гольдшмідтській геофізичній конференції лабораторія Нільсона представила результати експериментів з вирощування електричних бактерій у відкладеннях, зібраних в каліфорнійській гавані Санта-Каталіна. Яміні Джангір, також з Південно-Каліфорнійського університету, представив окремі експерименти, зразки для яких були зібрані в Долині Смерті у пустелі Мохаве.

Даніель Бонд і його колеги з Міннесотського університету опублікували експерименти, в яких вони вирощували бактерії, що живляться електронами просто від залізного електрода. Це дослідження, вважає Мох Ель-Наггар, науковий керівник Джангіра, може стати найбільш переконливим прикладом того, що ми маємо організми, вирощені на чистій електриці без будь-якої іншої їжі.

Але за словами Нільсона, це ще не все. Його аспірант Аннет Роу ідентифікувала вісім різновидів бактерій, що споживають електроенергію. Всі вони дуже різні, жодна з них не схожа ні на Shewanella, ні на Geobacter. «Це означає, що існує непізнана, досі невідома нам частина світу мікроорганізмів».

Відкриття цієї прихованої біосфери було тим, задля чого Джангір та Ель-Наггар культивували електричні бактерії. «Ми використовуємо електроди, щоб імітувати їх взаємодії, — розповідає Ель-Наггар. — Вирощуємо невирощуване, з вашого дозволу». Далі дослідники планують встановити акумулятор в золотому руднику у Південній Дакоті, щоб дізнатись, що може жити там.

НАСА також цікавиться створіннями, які живуть глибоко під землею, тому що такі організми виживають на дуже малій кількості енергії і можуть підказати як виглядатиме життя в інших частинах Сонячної системи.

Між тим, електричні бактерії можуть мати практичне застосування тут, на Землі, наприклад для створення біомашин, які могли б робити такі корисні речі, як очищення стічних вод або забруднених підземних вод, беручи енергію прямо з навколишнього середовища.

Інша захоплююча перспектива — використання електричних бактерій для дослідження фундаментальних питань про життя, наприклад встановити мінімум енергії, необхідний для його підтримки.

За словами Юрія Горбі, мікробіолога з Політехнічного інституту Ренсселера, тут не обійтись без наступного етапу експериментів: бактерії повинні бути вирощені не на одному електроді, а між двома. Такі бактерії ефективно споживатимуть електрони від одного електрода, використовуючи їх як джерело енергії, після чого скидатимуть їх на інший електрод.

«Електрична бактерія, вирощена між двома електродами, може підтримувати себе мало не вічно, — говорить Горбі. — Якщо ніщо не захоче з'їсти або знищити її, то, теоретично, ми зможемо підтримувати цей організм нескінченно».

Можна також варіювати напругу, яка подається на електроди, та встановити таке електричне навантаження на клітину, за якого вона отримає необхідний для виживання мінімум. В такому стані клітини не зможуть розмножуватись або рости, але із живленням біомашин вони впораються.

Скільки струму потрібно для того, щоб підтримувати життя електричної бактерії? Дасте відповідь на це питання, і ви відповісте на одне з найфундаментальніших екзистенціальних питань, які досі залишаються відкритими.

 

 

Коментарі

Ввійдіть або зареєструйтесь, щоб залишати коментарі.
Читайте також

Британський журналіст та еко-активіст Марк Лінас (Mark Lynas) став досить відомим після книги «Шість градусів» (Six Degrees: Our Future on a Hotter Planet), присвяченій змінам клімату. Але сьогодні мова піде про менш відому його роботу - «Бог видів» (The God Species: How the Planet Can Survive the Age of Humans), в якій окрім проблем ядерної енергетики та геоінженерії висвітлюється ще одне, не менш важливе питання: який вид сільського господарства найкращий для природи?

X

Вхід

Завантажую...