Насколько грибы круты? #КнигаГрибов уверяет: это одни из самых классных чувачков на нашей планете. Судите сами: они самые большие организмы на Земле (вспомните размер мицелия!), объединяют в себе черты животных и растений, способны выжить в самых разнообразных условиях... Что, вам все еще недостаточно фактов для признания грибов самыми крутыми обитателями планеты? Тогда мы скажем еще вот что: с их помощью можно добывать электричество!
Электрические процессы неизменно присутствуют во всех живых тканях, и растения не являются исключением. Возможно, многие из вас даже экспериментировали в детстве с картошкой. Вот только итоговые конструкции получаются громоздкими, или сложными, или и теми и другими. С грибами же и иными микроорганизмами все куда удобнее: это готовые наноэлементы, и ученые придумали, как слепить батарейку из них без «потусторонних примесей» в виде сложных устройств.
Немного теоретических основ. Надеемся, все помнят, что электричество – это движение заряженных частиц, например электронов. Батарейка должна создавать разницу зарядов на двух ее изолированных концах-электродах, чтобы при замыкании их в цепи между ними шел ток. Этого можно добиться, если на одном электроде будет идти реакция, в которой у химических элементов отбираются электроны (анод), а на другом электроде – реакция, в которой эти электроны принимаются другими элементами – конечными акцепторами (катод). Такие реакции называются окислительно-восстановительными: окисление – «отъем» электронов, восстановление – возвращение их в состав атома.
В живых организмах происходит множество окислительно-восстановительных реакций, которые можно использовать для создания батарейки. Собственно, основной способ извлечь из органических веществ энергию – это их окислить. Этот процесс лежит в основе клеточного дыхания – общего для всех организмов способа извлекать запасенную энергию. Грибы, для которых постепенное поедание каких-нибудь органических остатков в почве – основное занятие, знают об этих процессах не понаслышке. Задача только в том, чтобы заставить их на одном конце батарейки делать одну половину процесса, а на другом – другую. Достигается это за счет использования полупроницаемых мембран, пропускающих возникший при окислении протон (ядро атома водорода, у которого отобрали электрон), но не пропускающих кислород, служащий конечным акцептором. Так что электронам из первой половины батарейки некуда деваться, кроме электрода; снова соединиться в молекулу они могут, только пройдя через электрическую цепь к другому электроду, где их радостно встретит кислород и протоны (и получится водичка). А ферменты грибов обеспечивают бесперебойный ход каждой из реакций.
Механика изготовления батарейки проста. Грибки (дрожжевой – для окисления или грибок белой гнили – для восстановления) соединяют с целлюлозой и графитными чешуйками, хорошенечко перемешивают и получают чернила, заправляемые в 3D-принтер. Шайтан-машина печатает блок батарейки таким образом, что на аноде находятся дрожжи (Saccharomyces cerevisiae), на катод поселяется грибок белой гнили (Trametes pubescens), а между ними помещается полупроницаемая мембрана – тоже на основе целлюлозы. Этот полимер выступает структурной основой для батарейки и субстратом для роста белой гнили, а графит выполняет функцию электродов.
Чтобы батарейка заработала, после печати ее необходимо «покормить»: заправить анод сладким раствором (катод тоже заправляют, но только потому, что все описанные выше процессы могут происходить лишь в водной среде). Дрожжи окисляют сахара, и мы наконец получаем чудо: грибы начинают активно перекидываться электронами, генерируя напряжение от 300 до 600 мВ.
Да, такой мощности не хватит для запуска в космос ракет, обеспечения городов «зеленой» энергией и других амбициозных проектов. Зато такой элемент питания крайне неприхотлив и может питать небольшие приборы в труднодоступных местах, буквально работая на подножном корме. Ученым осталось только пошаманить над полировкой технологии, и грибные батарейки начнут использоваться на практике.
#КнигаГрибов уверена, что смогла доказать вам, дорогие читатели, крутость грибов. Следите за нами, оставляйте комментарии и не забывайте про активность. До новых встреч!