Бактерии превратили в батарейки

Партнер проекта

Группе ученых из Аризоны удалось подобрать два вида бактерий, которые, живя вместе, при определенных условиях вырабатывают электрический ток (первая и вторая их публикации на эту тему).

Стоимость электроэнергии вносит заметный вклад в цену почти всех товаров, а в цене металлов может достигать 30%.

По данным на 2012 год, лишь16,7% мирового потребления энергии приходилось за возобновляемые источники. Остальное приходится на ископаемое топливо (нефть, уголь, природный газ), которое неминуемо закончится со временем, и атомные электростанции, использование которых сопряжено с определенными рисками. Из 16,7% примерно 11% приходится на довольно условно возобновляемое так называемое биотопливо (древесину, древесные отходы, солому, навоз и т.п.). Если вдруг оно станет основным источником энергии, скорость его возобновления станет явно недостаточной. Остальные, действительно возобновляемые источники энергии: ветер, приливы, солнечный свет, течение рек – вносят совсем незначительный вклад, да и доступны далеко не везде. При этом нужно не только, чтобы энергии всем хватало, но цена ее тоже важна. Стоимость электроэнергии вносит заметный вклад в цену почти всех товаров, а в цене металлов может достигать 30%.

Поскольку ископаемое топливо раньше или позже закончится, да и уже сейчас хочется минимизировать цену энергии и вред, наносимый ее получением окружающей среде, проводится много исследований по поиску новых ее источников. Вот, например, бактерии. Они могут питаться какими-нибудь отходами или даже просто фотосинтезировать и производить электрический ток.

Энергия в любых живых клетках вырабатывается за счет клеточного дыхания. Очень в общих чертах дыхание можно представить себе как цепь химических реакций, сопровождающихся переносом электронов через белки дыхательной электротранспортной цепи, находящиеся на цитоплазматической мембране. Перенос электронов приводит к синтезу АТФ – универсальной энергетической валюты всего живого. В конце своего пути электрон должен присоединиться к чему-нибудь. У обычных, дышащих кислородом бактерий, электрон присоединяется к молекулярному кислороду. Бывает, в этой роли выступают и другие вещества. Но, что нам сейчас особенно интересно, иногда конечный акцептор электронов находится не внутри бактерии, а снаружи. Таких бактерий иногда называют анод-дышащими.

В работе американских авторов была использована именно такая бактерия: Geobacter sulfurreducens. Эксперимент был устроен так, что в питательной среде отсутствовали доноры электронов, а вместе с Geobacter поселили способные к фотосинтезу зеленые серобактерии Chlorobium. Дыхание у этих бактерий не кислородное, а сульфатное. Фотосинтез у них тоже особенный. На свету они фотосинтезируют и за счет этого получают питательные вещества. В темноте их метаболизм меняется, и они начинают выделять в среду, в которой живут ацетат – подходящий донор электронов для Geobacter, и начинает течь ток.

В результате система из двух видов бактерий, находящаяся в специально подобранных условиях, оказывается способна в ответ на изменение освещенности вырабатывать электрический ток.