Pianta un elettrodo nel terreno, pompa giù degli elettroni, e verranno: le cellule viventi che si nutrono di energia elettrica. Abbiamo conosciuto batteri che sopravvivono su una varietà di fonti di energia, ma nessuno strano come questo. Pensate al mostro di Frankenstein, portato alla vita dall'energia galvanica, solo che questi "batteri elettrici" sono molto reali e stanno spuntando dappertutto.
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A differenza di qualsiasi altra forma di vita sulla Terra, questi batteri straordinari utilizzano l'energia nella sua forma più pura - mangiano e respirano elettroni - e sono ovunque.
A differenza di qualsiasi altro essere vivente sulla Terra, i batteri utilizzano l'energia elettrica nella sua forma più pura - nuda elettricità sotto forma di elettroni raccolti dalle rocce e dai metalli. Già ne conoscevamo due tipi, Shewanella e Geobacter. Ora, i biologi stanno dimostrando che possono adescarne molti di più dalle rocce e dal fango marino tentandoli con un po 'di succo elettrico. Esperimenti di crescita di batteri sugli elettrodi della batteria dimostrano che queste nuove straordinarie forme di vita essenzialmente mangiano ed espellono elettricità.
"Questa non dovrebbe essere completamente una sorpresa", dice Kenneth Nealson della University of Southern California, Los Angeles. Sappiamo che la vita, nella sua forma condensata, è un flusso di elettroni: "Mangiate zuccheri che hanno elettroni in eccesso, e respirate ossigeno che li prende volentieri". Le nostre cellule frantumano gli zuccheri e gli elettroni fluiscono attraverso di loro in una complessa serie di reazioni chimiche finché non vengono trasmessi ad ossigeno affamato di elettroni.
Nel processo, le cellule producono ATP, una molecola che funge da accumulatore di energia per quasi tutti gli esseri viventi. Trasportare elettroni è una funzione fondamentale dell'ATP. "La vita è molto intelligente", dice Nealson. "E capisce come succhiare gli elettroni da tutto ciò che mangiamo e tenerli sotto controllo." Nella maggior parte delle forme viventi, il corpo confeziona gli elettroni in molecole che possono essere tranquillamente trasportate attraverso le cellule fino a che non vengono scaricate sull'ossigeno.
"Questo è il nostro modo di produrre tutta la nostra energia ed è lo stesso per ogni organismo su questo pianeta", dice Nealson. "Gli elettroni devono fluire in modo che l'energia sia acquisita. Ecco perché quando qualcuno soffoca una persona questa muore in pochi minuti. Ha interrotto la fornitura di ossigeno, e gli elettroni non possono più scorrere."
La scoperta dei batteri elettrici dimostra che alcune forme di base della vita possono fare a meno di intermediari zuccherati e gestire l'energia nella sua forma più pura - gli elettroni, raccolti dalla superficie dei minerali. "E' veramente strano, sapete", dice Nealson. "In un certo senso, alieno."
Il team di Nealson è uno dei pochi che sta crescendo questi batteri direttamente su elettrodi, mantenendoli in vita con l'elettricità e niente altro - né zuccheri, né qualsiasi altro tipo di nutriente. L'equivalente altamente pericoloso per l'uomo, dice, sarebbe nutrirci spingendo le dita in una presa di corrente elettrica.
Per crescere questi batteri, il team raccoglie sedimenti dai fondali marini, li riporta in laboratorio, e vi inserisce gli elettrodi.
Viene misurata la tensione naturale che passa attraverso il sedimento, prima di applicarne una un po' diversa. Una tensione leggermente superiore offre un eccesso di elettroni; una tensione leggermente inferiore significa che l'elettrodo accetta facilmente elettroni da cosa disposta a disfarsene. I batteri nei sedimenti possono sia "mangiare" elettroni dalla tensione superiore, o "respirare" elettroni all'elettrodo a tensione inferiore, generando una corrente.Tale corrente viene rilevata dai ricercatori come un segnale del tipo di vita che è stato catturato.
"Fondamentalmente, l'idea è di prendere dei sedimenti, piantarci degli elettrodi dentro e poi chiedere 'OK, a chi piace?", dice Nealson.
Respiro Shocking
Alla Conferenza Goldschmidt sulla geoscienza a Sacramento, in California, il mese scorso, Shiue-lin Li del laboratorio di Nealson ha presentato i risultati di esperimenti che crescono respiratori di energia elettrica nei sedimenti raccolti dal porto di Santa Catalina in California. Anche Yamini Jangir, della University of Southern California, ha presentato esperimenti separati che crescevano respiratori di elettricità raccolti da un pozzo nella Death Valley, nel deserto del Mojave in California.
Inoltre presso l'Università del Minnesota a St. Paul, Daniel Bond e i suoi colleghi hanno pubblicato esperimenti che dimostrano che si potrebbe coltivare un tipo di batterio che raccoglie elettroni da un elettrodo di ferro (mBio , doi.org / TQG). Che la ricerca, dice il supervisore di Jangir Moh El-Naggar , può essere l'esempio più convincente che abbiamo finora di mangiatori di energia elettrica coltivati fornendo solo elettroni senza cibo aggiunto.
Ma Nealson pensa ci sia molto di più. Il suo dottorando Annette Rowe ha individuato fino a otto diversi tipi di batteri che consumano elettricità. Questi risultati sono stati sottoposti per la pubblicazione.
Nealson è particolarmente eccitato che Rowe ha trovato tanti tipi di batteri elettrici, tutti molto diversi tra di loro, e nessuno di loro nulla di simile al Shewanella o al Geobacter . "Questo è incredibile. Significa che c'è tutta una parte del mondo microbico che noi non conosciamo."
Alla scoperta di questa biosfera nascosta è proprio per questo che Jangir e El-Naggar vogliono coltivare batteri elettrici. "Stiamo utilizzando elettrodi per imitare le loro interazioni", dice El-Naggar. "La coltura di incoltivabili, se volete." I ricercatori hanno in programma di installare una batteria all'interno di una miniera d'oro in Sud Dakota per quale sorma di vita possa vivere laggiù.
Anche la NASA è interessata a cose che vivono in profondità perché tali organismi spesso sopravvivono con pochissima energia e possono suggerire modi di vita in altre parti del sistema solare.
I batteri elettrici potrebbero avere usi pratici qui sulla Terra, tuttavia, come la creazione di BIOMACCHINE che fanno cose utili come la pulizia delle acque reflue o sotterranee contaminate mentre si alimentano dall'ambiente. Nealson li chiama dispositivi utili autoalimentati, o Spuds.
Oltre alla praticità, un'altra prospettiva entusiasmante è quella di utilizzare i batteri elettrici per sondare domande fondamentali sulla vita, come quella su quale sia il minimo di energia necessaria per mantenere la vita.
Per questo abbiamo bisogno della prossima fase di esperimenti, dice Yuri Gorby, microbiologo presso il Rensselaer Polytechnic Institute di Troy, New York: i batteri dovrebbero essere coltivati non su un singolo elettrodo, ma tra due. Questi batteri potrebbero efficacemente mangiare elettroni da un elettrodo, usarli come fonte di energia, e gettarli verso l'altro elettrodo.
Gorby ritiene che cellule batteriche che mangiano e respirano elettroni contemporaneamente saranno presto scoperti elettroni. "Un batterio elettrico cresciuto tra due elettrodi potrebbe mantenersi praticamente per sempre", dice Gorby. "Se non sta per mangiare o distruggere poi, in teoria, dovremmo essere in grado di mantenere tale organismo a tempo indeterminato."
Può anche essere possibile variare la tensione applicata agli elettrodi, diminuendo l'energia disponibile per le cellule al minimo indispensabile per sopravvivere. In questo stato, le cellule possono non essere in grado di riprodursi o crescere, ma sarebbero ancora in grado di eseguire riparazioni sull'apparato cellulare. "Per loro, la funzione dell'energia non sarebbe il mantenimento della vita - ma il mantenimento della vitalità", dice Gorby.
Di quanta energia avete bisogno per tenere in vita un batterio elettrico? Rispondere a questa domanda vuol dire rispondere a una delle domande esistenziali fondamentali.
Un filo nel fango
I batteri elettrici esistono in tutte le forme e dimensioni. Alcuni anni fa, i biologi hanno scoperto che alcuni producono filamenti simili a capelli che agiscono come cavi, trasportando gli elettroni avanti e indietro tra le cellule e il loro ambiente più ampio. Li hanno chiamati nanofili microbici.
Lars Peter Nielsen e i suoi colleghi della Aarhus University in Danimarca hanno scoperto che decine di migliaia di batteri elettrici possono unirsi per formare catene che trasportano gli elettroni per diversi centimetri - una distanza enorme per un batterio lunga solo 3 o 4 micrometri. Ciò significa che i batteri che vivono, per esempio, nel fango dei fondali marini dove non penetra ossigeno, possono accedere all'ossigeno disciolto nell'acqua di mare semplicemente unendosi tra di loro.
Tali batteri si stanno mostrando ovunque guardiamo, dice Nielsen. Un modo per scoprire se si è in presenza di questi mangiatori di elettroni è quello di mettere grumi di sporcizia in un piatto fondo pieno d'acqua, e mescolarlo delicatamente. Lo sporco deve cadere a pezzi. Se non lo fa, è probabile che i cavi costituiti dai batteri lo stiano tenendo insieme.
Biocavi flessibili
E' molto più di un po' di divertimento. I primi lavori mostrano che questi cavi conducono elettricità così come i fili che collegano il tostapane alla rete. Questo potrebbe aprire nuove strade di ricerca interessanti che coinvolgono biocavi flessibili, coltivati in laboratorio.
NdT. Questo articolo ha suscitato subito il mio interesse, mi ha riportato alla mente due cose:
1) i Midichlorian di Star Wars, ricordando che la fantascienza spesso anticipa le scoperte scientifiche, o, addirittura veicola in anticipo informazioni che vanno digerite;
2) Nikola Tesla e la sua trasmissione di corrente attraverso qualsiasi mezzo, senza incorrere in mortali scosse.
Tycho
Articolo originale: Qui