Kaksi vuotta sitten Tanskan Århusin yliopiston mikrobiologi Lars Peter Nielsen tutki mutaa kaupungin sataman merenpohjassa, kun hän löysi jotain odottamatonta: Muta juoksi havaittavissa olevalla sähkömäärällä. Tuolloin hän ja hänen kollegansa epäilivät, että sähkövirrat saattavat johtua jonkinlaisesta ulkoisesta kuljetusverkosta yksittäisten bakteerien tai muiden mikroskooppisten organismien välillä.
Totuus, joka kuvataan eilen Nature- lehdessä julkaistussa lehdessä , on vielä yllättävämpi. "Kokeilumme osoittivat, että merenpohjan sähköliitäntöjen on oltava bakteerien rakentamia kiinteitä rakenteita", paperin pääkirjailija PhD-opiskelija Christian Pfeffer sanoi lehdistötiedotteessa. Hänen työryhmänsä, joka työskenteli Etelä-Kalifornian yliopiston tutkijoiden kanssa, löysi uuden tyyppisen monisoluiset bakteerit, jotka käyttäytyvät kuin sähkökaapelit ja kykenevät johtamaan sähköä useiden senttien päässä, mikä on paljon suurempi etäisyys kuin tutkijat olivat aiemmin kuvitelleet.
Ryhmä löysi Desulfobulbaceae-perheeseen kuuluvat bakteerit tutkimalla merenpohjan mutaa mikroskoopin alla. Koska bakteerit ovat niin pieniä ja hauraita - sata kertaa ohuempia kuin ihmisen hiukset -, ei ole mitään keinoa mitata kuljettamaansa sähkövirtaa, mutta tutkijat löysivät monentyyppisiä epäsuoria todisteita siitä, että ne johtavat sähköä.
Bakteerit kohdistuvat pystysuoraan sedimenttiin, ja kun johtamattomia volframilankoja vedettiin vaakasuoraan bakteerien poikki, bakteerit oikosulkuivat ja sähkövirta katkesi (kuten kaivinkone leikkasi haudattujen kaapeleiden läpi). Lisäksi, kun suodattimet asetettiin paikoilleen bakteerien kasvun estämiseksi, sähkövirta katkaistiin, ellei suodattimen huokoset olivat riittävän suuret bakteerien kasvamiseksi läpi.
On huomattavaa, että mikroskoopin alla bakteerit näyttävät vähän kuin sähkölaitteissa käytettävät kaapelit. Kunkin bakteerin sisällä kulkee pituussuunnassa 15 - 17 erillistä kuitua, jotka kukin kykenevät johtamaan sähköä. Pitkät kuidut koostuvat monista kytketyistä soluista, joista kukin on vain mikrometrin pituinen.
Bakteerien poikkileikkaus paljastaa kunkin solun sisällä olevat yksittäiset johtavat kuidut, jotka kulkevat koko pituudeltaan. (Kuva Karen E. Thomsen) Luonnollinen kysymys on, miksi bakteerit joutuvat vaikeuteen kehittää epätavallista kykyä johtaa sähköä. Vastaus voi olla yhtä kiehtova kuin itse bakteerit. Osoittautuu, että vain muutama senttimetri merenpohjan alapuolella on rikas, pääosin käyttämätön energialähde: negatiivisesti varautuneet rikkiatomit, joita kutsutaan sulfideiksi.
Syynä siihen, että suurin osa organismeista ei pysty keräämään energiaa näistä kemikaaleista, on se, että ympäröivässä mudassa puuttuu suurelta osin happea. Läsnä on energiarikas elektronit luovuttava ravintolähde, mutta organismit tarvitsevat happea vara-elektronien vastaanottamiseksi osana energian keräysyhtälöä, joka tunnetaan nimellä hengitys. Se on analogista tarpeellemme syödä ruokaa (sulfideja) ja hengittää ilmaa (happea) selviytyäksemme.
Bakteerit ratkaisevat tämän ongelman kuljettamalla etäisyyden ruuansa ja happilähteensä välillä piirillä, joka pystyy kuljettamaan elektroneja. Alaosassa organismi kerää energiaa sulfideista, lähettää sitten elektronit ylöspäin. Yläosassa, lähellä happea sisältävää merivettä, se pystyy käyttämään runsaasti happea käytettävissä hengityksen suorittamiseen.
Bakteerit johtavat elektroneja pystysuoraan muodostaen energiareserven ja happilähteen. (Kuva luonnon kautta) Seurauksena on, että bakteereita on toistaiseksi löydetty vain anaerobisista merenpohjan sedimenteistä - mutta näissä ympäristöissä tutkimusryhmä löysi niistä hämmästyttävän määrän. Keskimäärin jokaisesta testatun sedimenttin kuutiosenttimetristä he löysivät 40 miljoonaa solua tämän tyyppisiä bakteereja. Määrä, jonka he laskivat, voisi muodostaa 117 metriä supertiinin johtavasta kaapelista.
Vaikka organismit on alustavasti sijoitettu taksonomisesti olemassa olevaan bakteereiden perheeseen, tutkijoiden mukaan ne eroavat radikaalisti kaikista muista bakteereista, joita olemme toistaiseksi löytäneet. "Ne ovat niin erilaisia, että niitä pitäisi todennäköisesti pitää uudenappisina", Nielsen kertoi Ed Yongille Discover'in ei ole juuri Rocket Science -tapahtumassa huomauttaen, että he jakavat vain 92 prosenttia DNA: staan muiden perheen lajien kanssa.
Samassa kappaleessa Nielsen mietti myös mahdollisuudesta, että tähän mennessä löytämättömät lajit saattavat olla paljon yleisempiä kuin nykyään tunnetaan. ”Ne näyttävät olevan optimaalinen organismi missä tahansa paikassa, josta puuttuu happea. Miksi niitä ei ole kaikkialla? ”Nielsen kysyi. "Vai ovatko he kaikkialla?"
