Novákoviny

Vypadá to jako výmysl autora sci-fi a přesto je to pravda: dno řek a oceánů pokrývá obrovská síť vzájemně propojených organismů, které vyrábějí elektřinu. Vědci z několika amerických vědeckých pracovišť nedávno zjistili, jak přesně tato hlubinná elektrárna funguje.

"Tyhle bakterie dokáží z bílkovin vytvářet elektrické sítě, které navíc fungují i na mořském dně," říká Mark Tuominen z University od Massachusetts at Amherst. "Nikdy předtím jsme si nedokázali představit, že by příroda vytvořila něco, co má elektrické vlastnosti kovu. A to ještě ke všemu pod vodou."

Výzkum těchto mikroorganismů finančně podporuje ministerstvo energetiky a Úřad pro vědecký výzkum vojenského letectva - a nedělají to jen tak pro nic za nic.

Elektřina z nebezpečného odpadu

"Objev nabízí obrovské možnosti využití," tvrdí Stuart Lindsay z Biodesign Institute na Arizona State University. "Vyplývá z něj, že i bílkoviny se mohou chovat jako elektrické vodiče."

obr: Bakterie rodu Geobacter nejdřív vědce zaujaly schopností likvidovat nebezpečné odpady

Pokud budeme vědět jak na to, bude možné sestrojit elektronické implantáty a orgánové náhrady, které organismus přijme lépe než dosavadní zařízení z kovů a plastů, čidla lékařských přístrojů a dokonce propojovat robotické a biologické struktury do skutečných kyborgů.

Jsou tu i další možnosti využití. Mark Tuominen říká: "Úžasná je také skutečnost, že tyhle biologické elektrické sítě pracují pod vodou, která se jinak s elektřinou nemá moc ráda. O slané mořské vodě to platí ještě víc než o sladké. Objev proto otevírá nadějné perspektivy pro podmořská elektronická zařízení, nové druhy senzorů nebo pro biologické akumulátory, které budou účinnější a levnější než ty současné."

Nanovodiče, jimiž se pohybují elektrony, umožňují těmto mikroorganismům se krmit vším tím, s čím si nevíme rady, od zbytků ropných produktů a dalších uhlovodíků, přes kovy až po některé druhy radioaktivního odpadu - a přitom ještě jaksi mimochodem vyrábějí elektřinu. Představa baterie, v níž se navíc zbavíme všeho co nám vadí, je lákavá stejně jako mikroskopické elektronické obvody tvořené z biologických nanodrátů. Do výzkumu proto proudí stále více peněz.

Vědci ale doufají, že kromě praktického využití bude mít jejich výzkum i hlubší význam.

"Elektrické baktérie nám umožní zodpovědět některé zásadní otázky vývoje živých forem, včetně toho, co můžeme očekávat při hledání života v extrémních podmínkách a ve vesmíru," vysvětluje Moh El-Naggar z University od Southwest Carolina.

Ne chlupy, ale dráty

Bakterie z rodu Geobacter objevil roku 1987 v usazeninách na dně řeky Potomac u Washingtonu mikrobiolog Derek Lovley z University od Massachusetts at Amherst při hledání mikroorganismů, které by mohly být užitečné pro likvidaci nebezpečných odpadů. Zjistil přitom, že baktérie na dně vytvářejí vzájemně propojenou vodivou síť, v níž je elektrické napětí. Další výzkum ukázal jak to dělají.

obr: Vodivá vlákna spojující baktérie /na snímku modře) tvoří organické sloučeniny. Objev slibuje využití při propogování lidského organismu s elektronikou

Protože se část tohoto procesu odehrává v prostředí bez kyslíku a část potřebuje kyslík, vytvořily si baktérie vláknité struktury, které umožňují elektronům putovat mezi těmito zcela rozdílnými prostředími. To účinnost procesu nesmírně zvýšilo a dovolilo mikroorganismům prosperovat i tam, kde se jiným moc nedaří. Navíc se na dně vyskytují v obrovském množství a vytvářejí takzvaný biofilm. Přitom se svými nanovodiči propojují navzájem, takže vytvářejí něco na způsob vlastní energetické přenosové soustavy.

Baktérie jsou přibližně padesátkrát menší než je síla lidského vlasu. Jejich elektrické vodiče mají průměr jen tři až pět nanometrů (milióntin milimetru), ale dokáží se natáhnout až na vzdálenost několika centimetrů. Což sice zdánlivě není moc, ale tisícinásobně to převyšuje délku samotné baktérie. Asi jako kdybychom uměli natáhnout ruku jeden kilometr daleko.

Vědce pochopitelně nejvíc zajímala podstata bakteriálních vodičů elektřiny. Původní hypotéza předpokládala, že je tvoří takzvané pili - vlákna běžně se nacházející na povrchu mnoha druhů baktérií, které slouží pro přichycení, pro výměnu DNA při pohlavním rozmnožování, k pohybu a podobně. Přelom ve výzkumu (a významný krok k praktickému uplatnění) proto způsobilo zjištění, že ve skutečnosti jde o přeměněnou vnější membránu bakteriální buňky obsahující takzvané cytochromy, což jsou bílkoviny, které zajišťují přenos elektronů v biochemických cyklech.

"Takže to nejsou žádné chlupy, ale skutečné dráty," konstatovala Mary Beckman z University of Southwest Carolina.

Vědci přitom na baktérie nalíčili rafinovanou past. Umísťovali je do prostředí chudého na kyslík, což mikroorganismy přinutilo natahovat své "dráty". Proces byl filmován v reálném čase, a získané záběry ukázaly, z jakých částí buňky se vlákna vytvářejí.

"Hypotéza, že vlákna tvoří pili, byla velmi silná a my jí věřili také. Naše zjištění ale posunulo výzkum významným způsobem dopředu. Nikdy předtím jsem proto neměl takovou radost ze poznání svého omylu," konstatoval Moh El-Naggar.

Jan A. Novák

psáno pro iHned.cz

You have no rights to post comments