By żyć, nie potrzebują niczego prócz energii elektrycznej: odkrycie biologów zapowiedzią rewolucji w elektronice?

Tematyka związana z biologią jest rzadkoporuszana na łamach naszego portalu (mimo że niewiele jestdziedzin równie bliskich informatyceco biologia, szczególnie molekularna). W tym konkretnym wypadku niedo końca można być pewnym, czy mówimy o życiu, czy też już oelektronice. Odkrycie badaczy z University of Southern Californiajeszcze bardziej rozmywa podziały między tym co „techniczne”, aco naturalne, zbliżając nas zarazem do epoki, w której sprzętelektroniczny będzie mógł korzystać z ożywionych komponentów,zaś niektóre urządzenia będą przejawiały cechy istot żywych.Poznajcie bakterie, która żywią się bezpośrednio elektronami.

Wszystkie organizmy potrzebująstałego dostarczania energii do swoich komórek. Niektóre z nichpotrafią wykorzystać energię światła, przemieniając ją wenergię wiązań chemicznych, jest niewielka grupa organizmówzdolnych do utleniania związków nieorganicznych, dla większościjednak energia pochodzi z czerpanych z zewnątrz związkóworganicznych (głównie cukrów). Tam proces fosforylacjioksydacyjnej pozwala przekazać na tlen (albo azot czy siarkę)elektrony pobrane z cząsteczek organicznych, by uwolnioną energięwykorzystać do tworzenia adenozynotrifosforanu (ATP) –podstawowego zasobnika energii chemicznej wykorzystywanego wprocesach wewnątrzkomórkowych.

Tych podstaw biochemii uczy siędzieci – i do tej pory ich uniwersalność nie była kwestionowana.Wyniki eksperymentów Zarath Summers, Jeffrey Gralnicka i DanielaBonda, biologów z University of Southern California, opisane wartykule pt.Cultivation of an Obligate Fe(II)-OxidizingLithoautotrophic Bacterium Using Electrodes,każą jednak na nowo spojrzeć na możliwości białkowego życia.Badacze przedstawiają hodowlę bakterii, których jedyne pożywieniestanowi elektryczność.

Dna mórz i oceanów sąnajwyraźniej pełne organizmów, które nie potrzebują bawić sięz cukrami, by zapewnić niezbędny do życia przepływ energii.Pobierają bezpośrednio elektrony z powierzchni minerałów. Hodowlaich okazuje się prosta – wystarczy zgromadzić na szalce osady zdna, włożyć w to elektrody, zmierzyć naturalne napięcie, anastępnie nieco je zmienić. Mikroby z osadów mogą zarówno„zjadać” elektrony przy wyższym napięciu, jak i „oddychać”elektrony na elektrodę o niższym napięciu, generując przepływprądu – oznakę ich życia.

Podejrzenia, że mogą istniećorganizmy żywiące się czystą elektrycznością nie są więcnowe, lecz dotychczas zbywano je stwierdzeniem, że hodowane w tensposób bakterie czerpią energię ze związków chemicznych zmorskiego dna. Praca Bonda i kolegów, w której bakterie takiehodowano bezpośrednio na elektrodzie, dowodzi, że nie może byćmowy o żadnym innym „pokarmie” prócz elektronów. Co więcej,wygląda na to, że w ten sposób żyje niejeden gatunekmikroorganizmów – zidentyfikowano ich przynajmniej osiem, coszczególnie ciekawe, należących do różnych rodzin, znaczącoróżniących się od siebie.

Zaangażowani w badania uczeniprzyznają, że chodzi o cały, ukryty dotąd przed nami ekosystem.Jego badanie przyniesie kolosalne konsekwencje techniczne iteoretyczne. Już kilka lat temu biolodzy z Danii odkryli,że bakterie żyjące w morskim dnie są w stanie przekształcać sięw coś na kształt długich (nawet kilkucentymetrowych) izolowanychprzewodów, pozwalających połączyć mikroby żyjące wniskotlenowych warunkach z mikrobami żyjącymi w środowiskubogatszym w tlen, dostarczając w ten sposób w głąb gleby strumieńenergii elektrycznej. Dzięki gęstości upakowania elektrycznejsieci takich organizmów (w centymetrze sześciennym gleby możnaznaleźć przewody o łącznej długości nawet kilometra),„usieciowione” organizmy są w stanie wyprzeć wszystkie innekonkurencyjne gatunki. Już dziś zaczyna się poszukiwać metodlaboratoryjnej, ukierunkowej hodowli takich sieci. Zmuszając dotakiego łączenia się gatunki żyjące na czystej elektrycznościmożna byłoby uzyskać hodowlane, samonapędzające sięnanomaszyny, użyteczne, zdaniem badaczy, w takich dziedzinach jakoczyszczanie ścieków czy skażonych wód gruntowych.

To jednak dopiero początekmożliwości. Jurij Gorbi, mikrobiolog z nowojorskiego RensselaerPolytechnic Institute pracuje nad hodowlą bakterii między dwomaelektrodami. Organizmy takie przyswajałyby elektrony z katody,wykorzystywały je jako źródło energii, by w końcu zwrócić jena anodę. W teorii taka elektryczna bakteria mogłaby podtrzymywaćswoje życie bez końca. Stopniowo zmniejszając napięcia naelektrodach moglibyśmy znaleźć minimalny poziom energii, przyktórym ustają procesy reprodukcji czy wzrostu, ale wciąż zachodząkomórkowe procesy naprawcze. To przyniosłoby odpowiedź na jedno zfundamentalnych pytań o życie – ile minimalnie energii potrzebnejest, by je podtrzymać?

Więcej informacji na ten tematznajdziecie w magazynie NewScientist, który jako pierwszy poinformował o przełomowymodkryciu.