В отличие от нас, бактерии не имеют, ни рта, ни легких, чтобы дышать. Они имеют простейший аппарат для дыхания. Бактерии множество, и некоторые, как и мы, используют кислород для дыхания, выдыхая углекислый газ, а есть и такие, которые дышат без кислорода, а "выдыхают" электричество.
В этом плане, интересна обширная группа геобактерий, населяющих почвы и морское дно. Они хорошо себя чувствуют даже в глинистых и влажных почвах, где не все их "коллеги" смогут выжить. Выживают же они благодаря наличию оксида железа, который служит акцептором-приемником "выдыхаемых" электронов. Кстати, благодаря этому, образуются залежи металлических руд в почве. При этом достаточно, даже микроскопического присутствия оксида железа, чтобы "дать шанс" геобактериям.
Было известно, что данная группа бактерии, использует очень длинные нанонити, для того, чтобы "выдыхать" электроны в процессе жизнедеятельности. При этом толщина их составляет 1/100 толщины человеческого волоса.
Но когда ученые из Коннектикутского университета микробиологии решили в лабораторных условиях исследовать эту группу бактерий, где акцептором электронов выступал уже не оксид железа, а металлический электрод или диск, то они получили совсем необычные результаты. Во-первых, было удивительно поведение прокариот, когда геобактерии смогли самоорганизоваться в толстую бактериальную пленку, состоящую из "сотни этажей" и стали генерировать на порядок больше электричества, чем в обычных условиях. Во-вторых, ученые не могли понять, как бактерии, находящиеся на "сотом этаже", могут эффективно передавать электроны на первый, без потерь. Было понятно, что произошли, какие-то невидимые изменения в сети, объединяющей всех участников.
Для разгадки этого вопроса, Малканар и коллеги использовали два передовых метода исследования. Первый метод с использованием атомно-силовой микроскопии высокого разрешения, позволил "разобрать" структуру нанонитей геобактерий по частям.
Вторым методом Малканар использовал инфракрасную наноспекроскопию, где с помощью спектрального анализа, проводил определение структуры молекул по их спектру.
Команде ученых, наконец, удалось определить, что в присутствии электродов, геобактерии начали синтезировали, ранее не известный белок OmcZ, состоящий из крошечных металлических строительных блоков, названных гемы. Этот белок, как раз, и позволял нанонитям вырабатывать в 1000 раз более эффективнее электричество, чем в обычных условиях.
"Было известно, что геобактерии вырабатывают электричество", - говорит Малканар, - "Но не было известно, материальной основы этого явления. Наконец мы нашли, то, что искали".
Кстати, ранее уже использовались "живые батареи" на основе геобактерий. Данные батарейки известны своей живучестью, так как прокариоты способны быстро делиться и восстанавливать свои пул. Эксперимент проведенный, еще, 2008 году ВВС США, в штате Вашингтон, в котором ученые установили погодный буек на реке Потомак с "живой батареей", показал, что такая батарейка работает более 8 месяцев, без какого-либо признака снижения заряда. Проблема заключалась в другом. "Живая батарея" имела очень низкий заряд, всего 36 миллиВатт, что крайне низко для использования в большинстве электронных устройств.
Новое исследование, показало, что нанонити можно усилить в присутствии металлических электродов. Это дает надежду на создание более мощных и "долгоиграющих" батарей, на основе "натуральных компонентов".
