Голодные микробы дружно монтируют из щупальцев живые электроцепи
Разглядывая фотографии бактерий, биологи удивились, в то время, когда заметили, что микробы были соединены какими-то штырями. Где их нашли бактерии? Для чего они им необходимы?
Снимки были качественные, артефактов не могло быть. Сначала мыслей не было никаких, кроме того безумных.
В случае если взглянуть издали, то это похоже на какую-то непонятную фасоли и хаотическую смесь зубочисток либо чего-то для того чтобы. Но с первого взора трудновато додуматься, что речь заходит о наноразмерах.
А уж в случае если и додумаешься, то не сходу осознаёшь, о чём всё-таки разговор – о микробиологии либо нанотехнологиях. Неужто учёные забросали бактерии какими-нибудь неестественными нанотрубками?
Оказывается, нет — бактерии и сами хорошо разбираются в нанотехнологиях.
Всё началось с изучений биолога Юрия Горби (Yuri Gorby) из тихоокеанской северо-западной лаборатории (Pacific Northwest National Laboratory — PNNL), что увидел, что микробы, перерабатывающие токсичные металлы, вытягивают с поверхности собственной мембраны узкие жгутики. Он поразмыслил, что такая анатомическая странность должна быть связана с какими-то своеобразными изюминками этих «металлоперерабатывающих» бактерий.
Пара бактерий Shewanella планируют в электрическую цепь. Вверху: фото, сделанное через сканирующий электронный микроскоп.
Внизу: снимок через флюоресцентный микроскоп (фото с сайта eurekalert.org).
В то время, когда Юрий поделился результатами собственных наблюдений, кое-какие сотрудники заявили, что видели в собственных опытах что-то похожее. Очевидно, не так долго осталось ждать появились предположения, что в случае если бактерии трудятся с металлами, то точно возможно сказать и об электрическом токе.
Позднее они оправдались.
Но, не так долго осталось ждать стало известно, что похожие органы оказались и у бактерий, вовлечённых в другие процессы, к примеру, ферментации и фотосинтеза.
Применение точной электронной микроскопии продемонстрировало, что бактерии, «размахивающие» вырастающими жгутами, наверное, достаточно распространённое явление.
Тут нужно подметить, что с серией этих изучений учёным легко фантастически повезло. По всей видимости, это тот редкий случай, в то время, когда экспериментатор выдвигает догадку, и она сразу же оправдывается.
Так, исследователи высказали предположение, что жгутики у бактерий вырастают не спонтанно, а какой-то определённой целью. К примеру, для компенсации чего-либо.
Так и выяснилось.
У бактерий Shewanella, перерабатывающих токсичные растворы в безобидные, обстановка дисбаланса пребывала в происхождении «лишних» электронов, и ещё для обычного существования ей был нужен кислород. А, к примеру, цианобактериям Synechocystis на протяжении фотосинтеза нужен был диоксид углерода, и была всё та же неприятность с избытком электронов.
Тут приводится сравнение электронных микроснимков различных бактерий (левая колонка) и их выростов (правая колонка).
Вверху – Synechocystis, бактерия, участвующая в фотосинтезе. Внизу — Pelotomaculum thermopropionicum, «промышляющая» ферментированием (фото с сайта pnl.gov).
Учёные вынудили микробы «трудиться» в тяжёлых условиях, снижая в среде концентрацию этих нужных веществ. Вот бактерии и вытягивали шипы, дабы дотянуться если не до кислорода, то до ближайшей бактерии, у которой таковой доступ мог быть.
В случае если же в опыте питания совсем не хватало, то шипы преобразовывались в узкие долгие жгуты, каковые должны были обеспечить больше шансов для устранения появившегося дисбаланса.
Эти нежданно появляющиеся органы исследователи оправданно назвали нанонитями – их толщина от 10 до 150 нанометров, а протяженность достигает иногда десятков микрометров, в зависимости от видов бактерий.
Юрий Горби уверен в том, что принципиально важно прекрасно разобраться, как бактерии формируют собственные нанопровода. В частности, хорошо бы осознать, какую роль играется среда, в которой находятся микробы.
В то время, когда учёные определят это, быть может, окажется сделать батарейки на базе бактерий (фото с сайта sysbio.org).
Но, оказалось, что это кроме того не нанонити, а прямо-таки нанопровода: приобретая необходимое «питание», бактерии имели возможность освободиться от лишних электронов, каковые перемещались бы по этим «проводам». И в случае если финиш нити дотягивался до хорошего иона, нужного «для пропитания», то появлялась разность потенциалов, что приводило к перемещению электронов к ионам – появлялся электрический ток!
Чем более «тяжёлыми» были условия, тем дольше становились жгутики, и больше бактерий объединялось в необычное электрическое сообщество, обменивавшееся ресурсами по живой и весьма разветвлённой электросети.
Каков физиологический механизм выращивания таких «проводов» – пока остается под вопросом. Но эффективность распределения энергии, применяемая одной из устойчивых форм и самых древних судьбы, не имеет возможности не впечатлять.
Ясно, что эти бактерии смогут употребляться в качестве источника энергии. Испытания, совершённые Горби вместе с сотрудниками, продемонстрировали, что ток вправду имеется, но он через чур мелок.
Но, учёные не унывают, считая, что их открытие до тех пор пока что лишь показывает направление для предстоящей работы, и появление нового экологически чистого источника энергии в полной мере вероятно.
