باکتری‌ها الکترون‌ها را در فواصل سانتی‌متری هدایت می‌کنند !

[∆ MeRzaD ∆]

به تازگی گونه‌ای باکتری در اعماق دریا کشف شده است که الکترون‌ها را در طی فواصل سانتی‌متری هدایت می‌کند تا بتواند در محیطی با اکسیژن کم، با استفاده از سولفید هیدروژن تغذیه کند. این ادعای دانشمندانی در دانمارک و آمریکاست. آن‌ها نشان داده اند که هزاران میکرو ارگانیسم از یک رشته که یک سر آن‌ها به رسوبات اقیانوس و سر دیگرشان به آب شور می‌رسد، این کار را انجام می‌دهند. فهم این موضوع که این موجود زنده چگونه الکترون‌ها را انتقال می‌دهد، می‌تواند منجر به تکنولوژی جایگزینی برای تولید انرژی شود.

زیست شناسان می‌دانستند که خانواده دی‌سولفو‌بولباکی از باکتری‌ها با مصرف ترکیبات سولفور در اقیانوس خود را تقویت می‌کنند. این موجب تولید سولفید هیدروژن می‌شود که در غلظت‌های بالا سمی است. زمانی‌که این باکتری سولفید هیدروژن مصرف می‌کند باید در حضور اکسیژن باشد که طی این واکنش انتقال الکترون صورت گیرد. رسوبات اقیانوس معمولاً سطح اکسیژن خیلی پایینی دارند و مطالعات نشان داده است زمانی که دی‌سولفو‌بولباکی وجود دارد، سطح سولفید به طور یکنواخت و پیوسته افزایش می‌یابد. اما سپس اتفاق پیش‌بینی نشده‌ای می‌افتد. سطح سولفید به سرعت افت پیدا می‌کند انگار که رسوبات یک هجوم ناگهانی از اکسیژن را تجربه کرده‌اند. مسئله اینجاست که این افت به قدری سریع است که با نظریه‌ی پخش مولکول‌های هیدروژن قابل توجیه نیست. در عوض دانشمندان اندیشیده‌اند که نمونه‌های متفاوت بسیاری از این نوع باکتری در رسوبات  وجود دارند و به طریقی الکترون‌ها را از نواحی با اکسیژن پایین به سمت آب شور که میزان اکسیژن موجود در آن زیاد است انتقال می‌دهند.

باکتری‌های منفرد

اکنون تیمی از فیزیک‌دانان دانشگاه کالیفرنیای جنوبی و دانشگاه آرهیوز از جمله محمد الناگر نگاه دقیق‌تری به باکتری‌های موجود در رسوبات داشته‌اند و کشف شگفت‌انگیزی کرده‌اند مبنی بر اینکه انتقال الکترون تنها به وسیله یک گونه از این باکتری‌ها انجام می‌شود. این باکتری‌ها، رشته‌هایی با ابعاد سانتی‌متر به وجود می‌آورند که از هزاران میکرو ارگانیسم به هم پیوسته تشکیل‌ شده‌اند. بعلاوه آزمایش‌هایی روی این رشته‌های کوچک نشان داده است که انتقال الکترون در طول ساختارهایی ریسمان‌‌مانند درون باکتری صورت می‌گیرد. خواص الکتریکی  این رشته‌ها اولین بار با انجام اندازه‌گیری‌های تخلیه منبع مورد مطالعه قرار گرفت. باکتری رشته‌ای روی یک سطح عایق از جنس اکسید سیلیکون حاوی الکترود طلا رسوب داده شده بود. آن‌ها روی رشته‌هایی متمرکز شدند که دو الکترود را به یکدیگر متصل می‌ساختند. به این رشته‌ها ولتاژی اعمال می‌شد و سپس جریان الکترون اندازه گیری می‌شد. اما زمانی که ولتاژ به مقدار 10 ولت افزایش داده شد، هیچ جریان قابل اندازه‌گیری مشاهده نشد. این منجر شد تا گروه به این نتیجه برسد که باکتری‌ها مانند سیم هادی بدون روکش عمل نمی‌کنند بلکه فرآیند رسانش درون ورقه‌ای عایق مانند کابل الکتریکی صورت می‌گیرد.

ظرفیت بسیار بالا

برای فهمیدن این موضوع که کدامیک از بخش‌های درونی باکتری در انتقال الکترون مشارکت دارند، الناگر و همکارانش از میکروسکوپ نیروی الکترواستاتیک استفاده کردند. روش کار به این صورت است که یک الکترود بسیار کوچک در مجاورت سطح یک باکتری قرار داده می‌شود. این وسیله میزان تغییرات ظرفیت را با نوسان الکترود به سمت بالا و پایین اندازه گیری می‌کند. با پویش نوک میکروسکوپ روی سطح، دریافته شد که ساختارهای ریسمان‌مانندی که دقیقاً زیر غشای بیرونی باکتری هستند، ظرفیت بسیار بالایی یرای ذخیره ‌سازی بار الکتریکی دارند و هدف مطالعات آینده نیز هستند. فرآیندی که طی آن رسانش اتفاق می‌افتد هنوز به صورت یک راز است. گروهی معتقدند این رسانش مشابه رسانش نواری در فلزات و نیمه‌رسانا‌هاست. اما الناگر معتقد است تحرک الکترونی مشاهده شده بسیار کمتر از آن است که با این نظریه توضیح داده شود. در عوض او بر این باور است که  الکترون‌ها از مدل پرشی تبعیت می‌کنند که طی آن در باکتری از مکانی به مکان دیگر پرش می‌کنند. او می‌گوید با کشف چگونگی انجام این فرآیند دری برای استفاده از تکنولوژی‌های جدیدی نظیر انرژی‌های تجدید پذیر گشوده می‌شود. این مطالعات در مجله Nature به چاپ رسیده است.