این باکتریها با برق زنده هستند!!
برای اولین‌بار، دانشمندان مجموعه‌ای از باکتری‌هایی را کشف کرده‌اند که در چشمه‌های آب گرم در پارک ملی یلواستون زندگی می‌کنند و با استفاده از منابع غیرمتعارف – برق – برای غذا و انرژی ساخته استفاده می‌کنند.
استخرهای آب گرم مانند این یکی – در قلب دریاچه Geyser Basin، پارک ملی یلواستون، منطقه وایومینگ – خانه باکتری‌هایی هستند که با برق می‌توانند زندگی کنند و نفس بکشند. تصویر از دانشگاه ایالتی واشنگتن (WSU).
باکتریها برخی از ارگانیسم‌های متنوع و سازگار بر روی زمین هستند. آنها را می‌توان در محیط‌های خشن یافت که در آن تنها چند موجود زنده دیگر می‌توانند زنده بمانند. باکتریها به خاطر اینکه از طیف گسترده‌ای از منابع برای انرژی و تغذیه استفاده می‌کنند، مشهور هستند. این ماه (5 مارس 2019) دانشمندان دانشگاه ایالتی واشنگتن اولین مجموعه موفقیت‌آمیز خود را توصیف کردند که در یک مکان کوچک شناخته شده از باکتری‌هایی که از برق برای تغذیه و تنفس استفاده می‌کنند.
محققان نتایج خود را در مجله منابع انرژی منتشر کرده‌اند.
آنها در ماه اوت گذشته در حوضچه‌ای در قلب دریاچه Geyser Basin پارک ملی یواستون منطقه وایومینگ، باکتری‌هایی کشف کردند که برق می‌خوردند. عبدالرحمان محمد، دانشجوی کارشناسی ارشد WSU، که نویسنده ارشد در این مطالعه است، اظهار داشت:
این اولین بار بود که این باکتریها در محیطی شبیه به یک چشمه‌ی آب گرم قلیایی جمع شده بودند.
او افزود که درجه حرارت در چشمه‌ها حدود 110 تا نزدیک به 200 درجه فارنهایت (43 تا 93 درجه سانتیگراد) است.
Shewanella oneidensis، یک گونه از باکتری است که از الکتریسیته خام برای تولید انرژی استفاده می‌کند. تصویر از موسسه پلی‌تکنیک uri Gorby / Rensselaer.
تیم تحقیقاتی توانست با استفاده از چندین الکترود – هادی برق – به لبه آب، راز باکتریها را آشکار سازد.
سی و دو روز بعد، محققان برای بازگرداندن الکترود، که باکتری را از آب جذب کرده بودند، بازگشت. محقق اصلی با همکاری Phuc Ha نتایج را تجزیه و تحلیل کردند.
آنها موفق به گرفتن طعمه خود شدند – باکتری‌هایی که “برق” را از طریق سطح کربن جامد الکترودها جذب می‌کنند.
به نظر می‌رسد چیزی شبیه فیلم علمی تخیلی است، اما این امر مبین این است که چگونه می‌توان میکروارگانیسم‌ها را به طیف وسیعی از محیط‌های خشن، با استفاده از منابع موجود برای انرژی و مواد مغذی، سازگار کرد.
باکتری‌های مشابه قبل از آن کشت داده شده‌اند، اما در محیط‌هایی چنین خشن – در این مورد یک چشمه آب گرم قلیایی استفاده نشده است. بیانیه آنها در مورد توضیح لازم را داده است:
اکثر موجودات زنده – از جمله انسان – از الکترونها، که ذرات کوچک منفی هستند، در زنجیره پیچیده‌ای از واکنش‌های شیمیایی برای بدن خود استفاده می‌کنند. هر ارگان نیاز به یک منبع الکترون و یک مکان برای تخلیه الکترونها برای زندگی دارد. در حالی که انسانها الکترون را از قندهای غذایی می‌خورند و اکسیژن را از طریق ریه‌هایشان نفس می‌کشند؛ انواع مختلفی از باکتریها، با استفاده از آنتن‌های روی پیشانیشان الکترونها را به سطح خارجی فلزات یا مواد معدنی رها می‌کنند.
این دانشمندان می‌گویند که مشاهده این باکتریها در یک آزمایشگاه آسان نیست، که این امر یکی از دلایلی است که تیم می‌خواست آنها را در زیستگاه خود مطالعه کند. به گفته Haluk Bienal از WSU، که بر تحقیق نظارت داشت:
ایجاد شرایط طبیعی موجود در ویژگیهای زمین‌گرمایی مانند چشمه‌های گرم در تنظیمات آزمایشگاهی دشوار است. بنابراین، ما یک استراتژی جدید را برای غنی‌سازی باکتریها در محیط طبیعی خود توسعه دادیم.
به منظور جمع‌آوری باکتریها در چنین موقعیتی، محمد از یک پتانسیواستات ارزان قابل حمل استفاده می‌کند که یک وسیله الکترونیکی برای کنترل الکترودها است که در مدت زمان طولانی در آب چشمه‌ها فرو می‌رود.
Geobacter، نوع دیگری از باکتری است که از برق استفاده می‌کند. تصویر از Science Photo Library / Corbis.
این دانشمندان گفتند: این موجودات کوچک صرفا علمی نیستند.
آنها همچنین ممکن است راه‌حل‌هایی برای برخی از بزرگترین مشکلات زیست‌محیطی بشریت از جمله آلودگی و انرژی پایدار ارائه دهند. این باکتریها به معنای واقعی کلمه “تغذیه” می‌کنند، و آلاینده‌های سمی را به موادی با ضرر کمتر تبدیل می‌کنند و در این فرآیند ممکن است حتی برق تولید کنند. همانطور که توسط Beyenal اشاره شد:
همانطور که این باکتری الکترونها را به فلزات و سایر سطوح جامد انتقال می‌دهد، می‌توانند جریان الکتریسیته‌ای تولید کنند که می‌تواند برای کاربردهای کم قدرت استفاده شود.
بعضی از باکتریها می‌توانند از منابع غیرمتعارف برای غذا و انرژی – برق استفاده کنند. تصویر از Edward Aspera Jr./United States Air Force/Wikipedia/Public Domain.
همانطور که در سال 2015 نیز گزارش شده است، بعضی از باکتریها حتی می توانند بر روی الکترونها به تنهایی زندگی کنند. با توجه به نظر Annette Rowe، یک محقق پسادکتری در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی:
آنها باید تنها بر روی الکترونها قرار داشته باشند، زیرا هیچ چیز دیگری به عنوان یک منبع انرژی موجود نبود.
باکتریها در میان اولین فرم‌های شناخته شده زندگی روی زمین بوده و می‌توانند در خاک، آب، چشمه‌های آب گرم، زباله‌های رادیواکتیو و بخش‌های عمیق پوسته زمین پیدا شوند. براساس یک تحقیق در سال 2013، حتی شواهدی وجود دارد که در عمیق‌ترین قسمت اقیانوس وجود دارند – در گودال ماریانا (https://www.livescience.com/27954-microbes-mariana-trench.html). آنها همچنین در روابط همزیستی و انگلی با گیاهان و حیوانات زندگی می‌کنند.
این یافته‌های جدید نشان می‌دهد که چگونه برخی از گونه‌های باکتری می‌توانند انعطاف‌پذیر و سازگار باشد. آنها می‌توانند در چشمه‌های آب گرم زنده بمانند و همچنین از منابع غیرمتعارف برای غذا و انرژی خود استفاده کنند: برق. شاید آنها به دانشمندان برای یافتن روش‌های جدید برای مقابله با آلودگی محیط‌زیست و تامین انرژی پایدار برای بشریت در آینده کمک کنند.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
These bacteria eat and breathe electricity
By Paul Scott Anderson in EARTH | March 16, 2019