Ką bendro turi varinė viela ir bakterija, gyvenanti sūriame Oregono paplūdimio purve? Matyt, nieko. Tačiau po mikroskopu ir kontaktuodama su aukso elektrodais, ši nauja bakterija praleidžia elektrą beveik taip pat efektyviai, kaip ir metalas. Klausimas, kurį užduoda tyrėjai, yra… Ar susiduriame su naujos gyvų elektroninių medžiagų klasės gimimu?
Oregono valstijos universiteto mokslininkai atrado bakterijų rūšį, kuri, atrodo, sukurta technologijų ateičiai. Su gijomis, primenančiomis elektros tinklą, ir hibridine genetika, kuri nepaiso ankstesnių klasifikacijų, Candidatus Electrothrix yaqonensis Jis tampa nauju veikėju biologijos ir elektronikos kryžkelėje.
Ar įmanoma, kad šie mikroorganizmai, tūkstantmečius paslėpti jūrų nuosėdose, yra raktas į biologiškai skaidžių prietaisų, gyvų jutiklių ar ekologinių pramoninės taršos sprendimų kūrimą?
Gyvo kabelio atradimas
Yaquina įlankoje, Oregone, kur susitinka vandenynas ir upių nuosėdos, mokslininkai nustatė bakteriją, turinčią ypatingų savybių. Pakrikštyti Candidatus Electrothrix yaqonensis, jo vardas pagerbia vietinę Yaquina gentį, originalią vietovei.
Ši bakterija priklauso Šeima Bakterijų kabelis,, remiantis tyrimu, paskelbtu Gamta žinoma, kad sudaro gijas, galinčias perduoti elektronus per kelis centimetrus, neįprastas atstumas mikrobų pasaulyje. Šios gijos yra sudarytos iš sujungtų ląstelių, kurios dalijasi išorine membrana ir veikia kaip nuolatinė elektros transporto struktūra.
Laidus pajėgumas atsiranda dėl jų metabolizmo: giliuose nuosėdų sluoksniuose bakterijos oksiduoja sulfidus, išlaisvindamos elektronus, kurie perduodami į paviršių, kur juos priima deguonis arba nitratai. Va taip veikti kaip „gyvi laidai” kurie jungia chemines reakcijas, atskirtas keliais milimetrais nuosėdų.
Architektūra, skirta vairuoti
Kas išskiria Electrothrix yaqonensis kitų žinomų rūšių yra jų unikali morfologija. Po elektronų mikroskopu jo gijos rodo storus griovelius, išdėstytus a Spiralinis raštas, primenantis ir spyruoklę, ir sraigtą. Šie grioveliai yra vidutiniškai 228 nanometrų storio, beveik tris kartus storesni nei jų bakterijų giminaičių.
Be to, jis suvyniotas į skaidrų nelaidų apvalkalą, kuris, pasak mokslininkų, veikia kaip apsauginis šarvas nuo nepalankių aplinkos sąlygų ar kitų mikroorganizmų atakų. Nepaisant šios izoliacinės dangos, bakterijos išlaiko savo gebėjimą transportuoti elektros energiją nepaprastai efektyviai.
Paslaptis yra viduje. Grioveliai slepia pluoštus su nikelio centruotais metalų kompleksais, kurie veikia kaip tikri „biologiniai siūlai” elektronams transportuoti. Šio laidumo efektyvumas buvo patvirtintas įdėjus izoliuotus siūlus ant aukso elektrodų: rezultatai parodė puikiai tiesinę ir simetrišką I-V kreivę, mažos ir stabilios elektrinės varžos ženklą, beveik 370 kilo-omų.
Hibridinių ribų genomas
Jei jo kūnas atrodo suprojektuotas inžinierių, atrodo, kad jo genomas pasakoja evoliucinę klaidingo suvokimo istoriją. Genetinė analizė parodė, kad ši rūšis turi abiejų žinomų genčių elementus Bakterijų kabelis: Candidatus Electrothrix, jūrų aplinkos gyventojų ir Candidatus elektronema, pritaikytas gėliems arba sūriems vandenims.
Ši genetinė hibridizacija arba „mozaikizmas” pasireiškia pagrindiniuose baltymuose, tokiuose kaip citochromai, kurie yra atsakingi už elektronų transportavimą. Nors įprasta, kad jie pristato vieną hemo grupę, Electrothrix yaqonensis Aptikti citochromai su dviem hemais, o tai rodo sudėtingesnį funkcionalumą.
Be to, įvyko jo prisitaikymas prie sūrios aplinkos nenaudojant fermento, būdingo jų giminaičiams jūroje — NQR—, vietoj to pasirinkdamas strategiją, pagrįstą protonų ir natrio mainais. Ši sistema leidžia jamJūs galite geriau susidoroti su druskingumo svyravimais, kurie yra kritinė savybė išgyventi tarpinėje aplinkoje tarp gėlo vandens ir jūros.
Poveikis bioelektronikai ir bioremediacijai
Be mokslinio susižavėjimo, Candidatus Electrothrix yaqonensis Ji siūlo konkrečias programas, kurios galėtų paveikti visas pramonės šakas. Dėl savaime laidžios, biologiškai skaidžios ir efektyvios struktūros įvairiomis sąlygomis jis yra idealus kandidatas naujiems elektroniniams prietaisams, pagrįstiems gyva medžiaga.
Tyrėjai Įsivaizduokite aplinkos biosensorių, galinčių stebėti taršą, kartą arba dirvožemio būklę, nepaliekant toksiškų likučių. Tai taip pat atveria duris biologinėms grandinėms, integruotoms į gyvus audinius ar natūralią aplinką, nepaliekant jokio ekologinio pėdsako.
Be to, jo gebėjimas išgyventi užterštose nuosėdose ir jo potencialas elektronų pernašoje galėtų būti panaudoti bioremediacijos procesams paspartinti, pašalinant sunkiuosius metalus ir organinius teršalus estuarijose ir jūros dugne.
Kabelį imituojantis gyvenimas: tarp evoliucijos ir technologijų
Pasaulyje, desperatiškai ieškančiame tvarių medžiagų ir ekologinės krizės sprendimų, gamta dar kartą mus moko, kad atsakymai gali gulėti po mūsų kojomis, plika akimi nematomi, bet tūkstantmečius latentiniai. Ši nauja bakterija, pasižyminti savo genetiniu sudėtingumu ir, matyt, funkcionaliu dizainu, kviečia mus persvarstyti biologinio ir technologinio atskyrimą.
Galbūt elektronikos ateitis slypi ne tik silicyje ar grafene, bet ir mikroorganizmuose, kurie evoliucionavo ne tam, kad tarnautų mums, o tam, kad elegantiškai išgyventų priešiškoje aplinkoje. Gamtos mėgdžiojimas nėra naujiena; Revoliucinis dalykas yra mokytis iš jo realiuoju laiku.
