دانشمندان دانشگاه رایس کشف کرده‌اند که برخی باکتری‌ها برای زنده ماندن در محیط‌های بدون اکسیژن، الکتریسیته تنفس می‌کنند.
به گزارش تکناک، این کشف علمی که به رهبری کارولین آجو-فرانکلین، زیست‌شناس دانشگاه رایس انجام شده است، می‌تواند در توسعه انرژی پاک، تصفیه فاضلاب، سنسورهای زیستی و حتی مأموریت‌های فضایی نقش مهمی داشته باشد.
برخلاف بیشتر موجودات زنده که برای تولید انرژی به اکسیژن نیاز دارند، این باکتری‌ها با انتقال الکترون به محیط اطراف زنده می‌مانند. این فرایند که به تنفس الکتریکی معروف است، مانند تخلیه جریان در یک باتری عمل می‌کند و به آنها امکان تولید انرژی بدون اکسیژن را می‌دهد.
فهرست مطالب
تنفس الکتریکی چیست؟
در حالت عادی، اکسیژن به عنوان آخرین گیرنده الکترون در زنجیره‌ای از واکنش‌ها در متابولیسم عمل می‌کند. اما باکتری‌ها که میلیاردها سال پیش از انسان‌ها و گیاهان پدید آمده‌اند، مسیرهای متفاوتی برای تولید انرژی، به‌ویژه در محیط‌های بدون اکسیژن مثل دهانه‌های آتشفشانی دریایی و روده انسان دارند.
پژوهشگران دریافتند که این باکتری‌ها از ترکیبات طبیعی به نام نفتوکینون‌ها (Naphthoquinones) برای انتقال الکترون به سطح خارجی استفاده می‌کنند. این مولکول‌ها همانند پیک‌های مولکولی، الکترون‌ها را به بیرون از سلول حمل می‌کنند تا باکتری بتواند غذا را تجزیه و انرژی تولید کند.
اثبات تنفس الکتریسیته باکتری‌ها در آزمایشگاه
پژوهشگران دانشگاه رایس برای بررسی دقیق‌تر، با آزمایشگاه پالسون در دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو همکاری کردند. با شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای، رشد باکتری‌ها در محیط‌هایی فاقد اکسیژن، اما دارای سطوح رسانا شبیه‌سازی شد.
نتایج نشان داد که این باکتری‌ها می‌توانند با انتقال الکترون به سطح بیرونی، زنده بمانند و برق تولید کنند. آزمایش‌های بیشتر در محیط آزمایشگاهی نیز این موضوع را تأیید کرد: باکتری‌ها روی سطوح رسانا رشد کردند و باعث تولید جریان الکتریکی شدند.
کاربردهای گسترده تنفس الکتریسیته باکتری‌ها
به گفته دکتر آجو-فرانکلین، این کشف می‌تواند نقش حیاتی در توسعه فناوری‌های پایدار داشته باشد، که از جمله آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- تصفیه فاضلاب
- بیومهندسی صنعتی
- تولید سوخت‌های زیستی
- ساخت حسگرهای زیستی در محیط‌های بدون اکسیژن
- نظارت بر آلودگی
- تشخیص‌های پزشکی
- کاوش در فضا
این پژوهش نه‌تنها یک راز علمی قدیمی را حل کرده، بلکه استراتژی بقای جدید و به احتمال زیاد رایجی را در طبیعت آشکار کرده است.
آینده‌ای با انرژی سبز و باکتری‌های زنده
این کشف نشان می‌دهد که با بهره‌گیری از توانایی‌های باکتری‌ها در انتقال الکترون، می‌توان به ساخت فناوری‌هایی هوشمندتر و پایدارتر رسید. همان‌طور که گیاهان با نور خورشید فتوسنتز می‌کنند، می‌توان از این باکتری‌ها برای بهره‌گیری از برق تجدیدپذیر در جهت تبدیل دی‌اکسیدکربن به انرژی استفاده کرد.
