Forme de viaţă electrice ce se hrănesc cu energie pură

Spre deosebire de orice altă formă de viaţă de pe Pământ, aceste bacterii extraordinare utilizează energia în forma sa cea mai pură, ele mâncând şi respirând electroni. De asemenea, ele pot fi întâlnite peste tot. Introduceţi un electrod în pământ, pompaţi electroni în jos şi iată, ele vor apărea: celule vii care mănâncă energie electrică. Cunoaştem bacterii care pot supravieţui datorită unor surse diverse de energie, dar niciuna dintre acestea nu este atât de ciudată precum această bacterie electrică.

Gândiţi-vă la monstrul lui Frankenstein care este adus la viaţă de energia galvanică, dar ţineţi cont că aceste „bacterii electrice" sunt reale şi ele pot fi întâlnite peste tot.

Spre deosebire de orice altă formă de viaţă de pe Pământ, bacteriile electrice folosesc energia în forma sa cea mai pură, electricitatea sub formă de electroni obţinuţi din roci şi metale. Ştiam deja despre două tipuri de astfel de bacterii: Shewanella şi Geobacter. Acum biologii ne arată că pot atrage mai mulţi electroni din pietre şi noroi marin, ademenindu-i cu puţină electricitate. Experimentele efectuate de biologi au arătat că aceste bacterii pot creşte pe electrozii bateriilor electrice, demonstrând în acest fel că aceste uluitoare forme de viaţă mănâncă şi elimină electroni.

Bacterii electrice care se unesc pentru a forma conexiuni

Acest lucru nu ar trebui să constituie o surpriză, spune Kenneth Nealson de la University of Southern California din Los Angeles. Noi ştim deja că viaţa reprezintă un flux de electroni: „mâncăm zaharuri care au un exces de electroni şi respirăm oxigen care îi ia de bună voie". Celulele din corpurile noastre descompun zaharurile şi electronii trec prin acestea în urma unui set complex de reacţii chimice până când ei ajung la oxigenul care are nevoie de aceşti electroni.

În acest proces celulele creează o moleculă ATP care acţionează ca o unitate de stocare a energiei pentru aproape toate formele de viaţă. Deplasarea electronilor reprezintă o condiţie esenţială pentru obţinerea unei molecule ATP. „Viaţa este foarte inteligentă", spune Nealson. „În acest fel ne dăm seama cum obţinem electroni din tot ceea ce mâncăm şi cum îi putem menţine sub control". În cele mai multe forme de viaţă organismul stochează electronii în cadrul moleculelor care pot transporta electronii în condiţii de siguranţă prin celule până când aceştia sunt eliberaţi în oxigenul respirat.

„Acesta este modul prin care obţinem energia necesară organismului şi orice formă de viaţă de pe această planetă foloseşte acest procedeu", spune Nealson. „Electronii trebuie să se deplaseze ca să putem obţine energie. Din această cauză o persoană care rămâne fără oxigen moare în câteva minute. Fără aportul de oxigen necesar vieţii, electronii nu se mai deplasează prin organism".

Descoperirea acestor bacterii electrice arată că unele forme de viaţă nu mai au nevoie de zaharuri şi că ele pot folosi energia în forma sa cea mai pură, electronii, care sunt captaţi de pe suprafaţa mineralelor. „Este cu adevărat ceva nemaiîntâlnit până acum", spune Nealson. „Într-un anume sens, ne duce cu gândul la o formă de viaţă extraterestră".

Echipa lui Nealson este una dintre puţinele echipe de biologi care au reuşit să crească aceste bacterii direct pe electrozi, menţinându-le în viaţă cu energie electrică şi nimic altceva, cum ar fi zaharuri sau orice alt tip de substanţe nutritive. Un echivalent uman extrem de periculos al acestui proces, spune el, ar fi ca noi să ne introducem degetele într-o priză electrică pentru a ne alimenta cu energie.

Pentru a creşte aceste bacterii, echipa de biologi a adunat sedimente de pe fundul mării pe care le-a utilizat pentru experimente în cadrul unui laborator. Ei au introdus ulterior electrozi în aceste sedimente.

Mai întâi biologii au măsurat tensiunea electrică care există în mod natural în acele sedimente, înainte de a aplica asupra lor o tensiune uşor diferită. O tensiune electrică puţin mai mare decât cea naturală generează un exces de electroni, o tensiune puţin mai mică însemnând practic că electrodul va accepta uşor electroni de la orice sursă de electricitate. Bacteriile din sedimente pot „mânca" electronii proveniţi de la o tensiune mai mare sau pot „respira" electronii pe un electrod având o tensiune mai mică, ceea ce determină apariţia unui curent electric. Acest curent este analizat de către cercetători, el reprezentând un semnal al prezenţei unei forme de viaţă pe care cercetătorii au reuşit să o captureze.

„În principiu, ideea este să luăm aceste sedimente, să introducem electrozi în interiorul lor şi să ne întrebăm apoi: „OK, cui îi place acest lucru?", spune Nealson.


O respiraţie neobişnuită

La conferinţa de geoştiinţă Goldschmidt care a avut loc în Sacramento, California, Shiue-lin Li din partea laboratorului lui Nealson a prezentat rezultatele experimentelor privind creşterea acestor bacterii electrice în sedimentele obţinute din vecinătatea insulei Santa Catalina din California. De asemenea, Yamini Jangir de la University of Southern California a prezentat rezultatele unor experimente separate de creştere a acestor bacterii electrice ce au provenit din Valea Morţii aflată în deşertul Mojave din California.

Daniel Bond şi colegii săi de la University of Minnesota au publicat experimentele lor care arată că ei au reuşit să crească un tip de bacterie care captează electroni de la un electrod de fier. Această cercetare, afirmă Moh El-Naggar care este supervizorul lui Jangir, poate fi exemplul cel mai concludent pe care îl avem până acum cu privire la existenţa unor bacterii care consumă electricitate şi care au fost cultivate pe o sursă de electroni, fără vreun aport de substanţe nutriţionale.

Dar Nealson spune că mai multe date despre aceste forme de viaţă urmează să fie făcute publice. Doctorandul său, Annette Rowe, a identificat opt tipuri diferite de bacterii care consumă energie electrică. Aceste rezultate sunt în curs de publicare.

Nealson este deosebit de încântat de faptul că Rowe a identificat atât de multe tipuri de bacterii electrice, toate foarte diferite între ele şi niciuna dintre ele asemănătoare cu bacteriile de tipul Shewanella sau Geobacter. „Acest lucru este foarte important. Rezultă de aici că există o întreagă parte a lumii microbiene despre care nu știm nimic".

Descoperirea acestei biosfere ascunse reprezintă motivul pentru care Jangir şi El-Naggar doresc să cultive bacterii electrice. „Noi folosim electrozi pentru a imita interacţiunile dintre ele", spune El-Naggar. „Cultivăm ceea ce nu am fost până acum în măsură să cultivăm, dacă doriţi". Cercetătorii doresc să instaleze o baterie în interiorul unei mine de aur din Dakota de Sud pentru a vedea ce ar putea trăi acolo.

NASA este, de asemenea, interesată de formele de viaţă care pot trăi în subteran deoarece aceste organisme de multe ori pot supravieţui cu foarte puţină energie şi ele pot indica prezenţa unor forme de viaţă în alte regiuni ale sistemului solar.

Cu toate acestea, bacteriile electrice ar putea avea utilizări practice chiar şi aici pe Pământ, sub forma unor biomaşini care ar efectua unele activităţi utile cum ar fi curăţarea apelor reziduale sau a apelor subterane contaminate în timp ce şi-ar obţine resursele energetice necesare în acest scop din mediul lor înconjurător. Nealson le denumește dispozitive utile cu alimentare proprie SPUD (self-powered useful devices).

Practic, o altă perspectivă interesantă este să utilizăm aceste bacterii electrice pentru a încerca să răspundem la unele întrebări fundamentale despre viaţă, cum ar fi care este energia minimă necesară pentru menţinerea vieţii.

În etapa următoare a experimentelor, spune Yuri Gorby, un microbiolog de la Rensselaer Polytechnic Institute din Troy, New York avem nevoie ca bacteriile să fie cultivate nu pe un singur electrod ci în spaţiul dintre doi electrozi. Aceste bacterii efectiv mănâncă electronii de la un singur electrod pe care îi utilizează ca pe o sursă de energie şi pe care apoi îi aruncă pe celălalt electrod.

Gorby crede că celule bacteriene care mănâncă şi respiră electroni vor fi descoperite în curând. „O bacterie electrică care se dezvoltă între doi electrozi s-ar putea menţine în viaţă practic pentru totdeauna", spune Gorby. „Dacă nimic nu o va mânca sau o va distruge atunci, teoretic, am putea să menţinem acel organism în viaţă pe o durată nedefinită".

De asemenea, este posibil să variem tensiunea aplicată electrozilor pentru a reduce energia disponibilă acestor bacterii până la o valoare minimă necesară supravieţuirii acestor forme de viaţă. În această situaţie celulele nu ar mai fi capabile să se reproducă sau să crească, dar ele ar putea fi încă folosite pentru a efectua lucrări de întreţinere asupra unor maşini formate din astfel de celule. „Pentru ele acea energie ar însemna menţinerea în viaţă", spune Gorby.

De cât de mult suc aveţi nevoie pentru a păstra o bacterie electrică în viaţă? Răspundeţi la această întrebare şi veţi răspunde la una dintre cele mai fundamentale întrebări asupra vieţii.


Fire în noroi

Bacteriile electrice au diferite forme şi mărimi. Cu câţiva ani în urmă biologii au descoperit că unele dintre ele produc filamente ca firul de păr care acţionează ca nişte fire electrice pentru transferul electronilor înainte şi înapoi între celule şi mediul lor înconjurător. Acestea sunt denumite nanofire microbiene.

Lars Peter Nielsen şi colegii săi de la Aarhus University din Danemarca au constatat că zeci de mii de bacterii electrice se pot uni împreună pentru a forma lanţuri care transportă electroni de-a lungul unor distanţe de câţiva centimetri, o distanţă uriaşă pentru o bacterie care are o lungime de doar 3 sau 4 micrometri. Aceasta înseamnă că bacteriile care trăiesc în noroiul de pe fundul mării şi în care nu pătrunde oxigenul, pot accesa oxigenul dizolvat în apa de mare ţinându-se, pur şi simplu, de mână cu prietenii lor.

Aceste bacterii pot fi găsite oriunde ne uităm, spune Nielsen. O modalitate simplă de a afla dacă vă aflaţi în prezenţa acestor consumatori de electroni este de a pune o anumită cantitate de resturi într-un vas de mică adâncime plin cu apă pe care să-l rotiţi uşor. Mizeria trebuie să se destrame. Dacă nu, atunci probabil că firele formate din aceste bacterii menţin forma acelor resturi.


Biocabluri flexibile

Este vorba aici despre mai mult decât o formă de distracţie. Primele experimente au arătat că aceste tipuri de cabluri conduc electricitatea la fel de bine ca şi firele care conectează prăjitorul vostru de pâine la priza electrică. Această constatare ar putea deschide noi direcţii interesante de cercetare în ceea ce priveşte biocablurile flexibile care pot fi cultivate în condiţii de laborator.