Дыхание без воздуха: как микробы научились жить на чистом электричестве
Команда ученых под руководством Каролин Ахо-Франклин из Университета Райса раскрыла, как некоторые бактерии выживают без кислорода.
Оказывается, они «дышат» электричеством — выталкивают электроны наружу, вместо того чтобы использовать воздух.
Это открытие, опубликованное в журнале Cell, может изменить подход к чистой энергии и биотехнологиям.
Долгое время никто не понимал, как бактерии отдают электроны во внешнюю среду.
Теперь ясно: они используют молекулы-переносчики — нафтохиноны.
Это как если бы микробы сбрасывали лишние электроны, словно батарейки, чтобы продолжать жить там, где нет кислорода — например, в глубинах океана или в нашем кишечнике.
Мы не просто разгадали загадку, но и нашли новый способ, которым природа поддерживает жизнь, — говорит Ахо-Франклин.
Как бактерии выдыхают электричество
- Обычные организмы (включая нас) дышат кислородом, чтобы получать энергию.
- Бактерии, которым миллиарды лет, придумали альтернативу: они «выдыхают» электроны через нафтохиноны, превращая окружающую среду в подобие электрической цепи.
Ученые проверили теорию с помощью компьютерного моделирования и экспериментов. Оказалось, если поместить такие бактерии на проводящую поверхность, они растут и производят ток.
Где это пригодится
- Чистая энергия — бактерии могут превращать CO₂ в полезные соединения, как растения при фотосинтезе, но без света.
- Медицина — датчики для диагностики в бескислородных условиях.
- Экология — очистка сточных вод и мониторинг загрязнений.
Теперь мы можем создавать технологии, где бактерии — это основа, — заключает Ахо-Франклин.
Это открытие — не просто любопытный факт о бактериях. Оно меняет правила игры в нескольких областях:
- Биотехнологии — если научиться управлять «электрическим дыханием», можно проектировать бактерии для эффективной переработки отходов или синтеза нужных веществ без дорогих катализаторов.
- Альтернативная энергетика — микробы, производящие ток, могут стать частью биологических топливных элементов, особенно в местах, где нет доступа к традиционным источникам энергии.
- Медицина — представьте датчики, работающие в глубоких тканях или кишечнике, где мало кислорода.
- Астробиология — такие бактерии могли бы выживать на других планетах, а значит, их можно использовать для создания замкнутых систем жизнеобеспечения.
Главное — это простота механизма. Нафтохиноны есть везде, а значит, природа могла «изобрести» такой способ дыхания многократно. Возможно, мы найдем еще больше организмов с похожими свойствами.
Ранее ученые уже предлагали генерировать электричество с помощью микробов.
