Вы знали, что бактерии проводят электрический ток? Я – нет. Мне даже в голову это не могло прийти. А вот ученым приходит. Вернее, выясняют это в ходе своих экспериментов. Конечно, это все сложно понять. Особенно блондинкам, которой я и являюсь. Но я попробую понять и разобраться. И вам рассказать.
Все это фантастика какая-то, которую раньше и представить себе было невозможно. А сейчас, благодаря развитию информационных технологий – пожалуйста. Даже в бактериях провода находят. Ну не в прямом, конечно, смысле. Но все-таки. Ведут-то себя эти провода в бактериях также, как и те, к которым мы привыкли… Ток проводят… Энергию, значит.
Оказывается, даже у бактерий есть нанопроводники. Их бактерии используют при дыхании. Люди пытаются найти применение этой особенности строения микроорганизмов в биоэлектронике, энергетике и экологии.
Ученым уже достаточно давно известно, что некоторые виды почвенных и водных бактерий используют особые образования, способные проводить электрический ток. В силу малых размеров, а они примерно в сто тысяч раз тоньше человеческого волоса, изучить особенности строения микробных нанопроводников до недавнего времени не представлялось возможным. Теперь же, когда исследователи вооружены криоэлектронными микроскопами высокого разрешения, появилась возможность разобраться, как устроены эти структуры, для чего их используют бактерии, и для чего смогут использовать люди.
Что это за провода и зачем они бактериям
Уже довольно давно было понятно, что особые нитевидные структуры используются бактериями для процесса, похожего на дыхание: по этим проводящим каналам микроорганизмы отводят излишек электронов во внешнюю среду, восстанавливая отрицательные ионы в субстрате, на котором обитают.
Сейчас уже с уверенностью можно сказать, что бактериальные нанопровода устроены по принципу, который при создании электропроводов используют и люди.
Снаружи нанопровода окружены специальным защитным полимерным покрытием, под которым скрывается начинка из проводящих металлосодержащих молекул.
Тысячелетия естественного отбора отточили технологию, и по проводящим свойствам эти структуры не уступают тем, которые может изготовить человек. При этом добиться сходной миниатюризации людям пока не удавалось.
Ну да, природа тысячелетиями создавала, а мы хотим за один век научиться это делать! И ведь научимся. И даже превзойдем матушку-природу!
Интересной особенностью нанопроводов является и то, что в бактериальных колониях, так называемых биопленках, одни бактерии с помощью этих нитей могут прорастать в другие и использовать их, если не имеют прямого доступа к кислороду или необходимым ионам металлов. Таким образом бактерии в колонии могут образовывать единую сеть, которая позволяет им согласованно распределять ресурсы между всеми обитателями биопленки.
Как они могут пригодиться людям
Сейчас с бактериальными нанопроводами проводится большое количество экспериментов. Ряд успешных работ посвящен тому, чтобы с помощью генетической модификации улучшить проводящие свойства нитей и заставить бактерии создавать их быстрее и в большем количестве.
Известно сразу несколько областей, в которых эта природная особенность микроорганизмов и понимание ее устройства смогут пригодиться людям:
- непосредственно в качестве проводов в биоэлектронных устройствах, требующих соединения электроники с живыми тканями. Примером такой технологии являются, в первую очередь, искусственные водители сердечного ритма;
- микробные топливные элементы как раз могут представлять собой бактериальную биопленку на субстрате-топливе, которую люди используют непосредственно для получения электричества. Ток создается бактериями в процессе жизнедеятельности и может передаваться по нанопроводам. Генетические модификации бактерий и искусственное улучшение самих нитей позволяет эффективно улучшать свойства этих батарей.
В своем процессе дыхания бактерии могут восстанавливать в том числе и ионы тяжелых металлов, снижая их опасность для окружающей среды в почве и грунтовых водах. Такие бактерии используют для уменьшения токсичности отходов. А улучшение количества и качества нанопроводов с помощью генетики уже сейчас позволяет им лучше справляться с этой задачей.
Исследования бактериальных нанопроводов еще далеки от завершения, но сейчас ученые не сомневаются, что применение позволит людям продвинуться сразу в нескольких важных областях науки и техники.
