دنیای طبیعی دارای شبکه الکتریکی ذاتی خود است که از شبکه ای جهانی از نانوسیم های کوچک تولید شده توسط باکتری ها در خاک و اقیانوس ها تشکیل شده است که با بازدم الکترون های اضافی “نفس می کشند”.
در یک مطالعه جدید، محققان دانشگاه ییل کشف کردند که نور یک متحد شگفت انگیز در تقویت این فعالیت الکترونیکی در باکتری های بیوفیلم است. آنها دریافتند که نانوسیم‌های تولید شده توسط باکتری‌ها در معرض نور قرار می‌گیرند که رسانایی الکتریکی را تا ۱۰۰ برابر افزایش می‌دهد.
یافته های او در 7 سپتامبر در مجله Nature Communications منتشر شد.
شبکه الکتریکی
نیکیل ملوانکار، نویسنده ارشد، استادیار بیوفیزیک مولکولی و بیوشیمی (MBB) در مؤسسه علوم میکروبی ییل در پردیس غربی ییل گفت: «افزایش شدید جریان در نانوسیم‌هایی که در معرض نور قرار می‌گیرند، یک جریان نوری پایدار و قوی را نشان می‌دهد که ساعت‌ها ادامه می‌یابد.
نتایج می‌تواند بینش‌های جدیدی را ارائه دهد زیرا دانشمندان راه‌هایی را برای بهره‌برداری از این جریان الکتریکی پنهان برای اهداف مختلف، از حذف زباله‌های مخاطره‌آمیز زیستی و ایجاد منابع سوخت تجدیدپذیر جدید، دنبال می‌کنند.
تقریباً همه موجودات زنده برای خلاص شدن از شر الکترون های اضافی هنگام تبدیل مواد مغذی به انرژی، اکسیژن تنفس می کنند. با این حال، بدون دسترسی به اکسیژن، باکتری‌های خاک که در اعماق اقیانوس‌ها زندگی می‌کنند یا طی میلیاردها سال در زیر زمین مدفون شده‌اند، راهی برای تنفس از طریق «تنفس مواد معدنی»، مانند غواصی، از طریق رشته‌های پروتئینی ریز به نام نانوسیم ایجاد کرده‌اند.
هنگامی که باکتری ها در معرض نور قرار گرفتند، افزایش جریان الکتریکی محققان را شگفت زده کرد زیرا بیشتر باکتری های آزمایش شده در عمق خاک و دور از دسترس نور وجود دارند. مطالعات قبلی نشان داده بود که با قرار گرفتن در معرض نور، باکتری‌های تولیدکننده نانوسیم سریع‌تر رشد می‌کنند.
ملوانکار گفت: «هیچ کس نمی دانست که چگونه این اتفاق می افتد.
در مطالعه جدید، یک تیم دانشگاه ییل به سرپرستی محقق فوق دکتری ینس نو و دانشجوی فارغ التحصیل کاترین شیپس به این نتیجه رسیدند که یک پروتئین حاوی فلز به نام سیتوکروم OmcS – که نانوسیم های باکتریایی را می سازد – به عنوان یک رسانای نور طبیعی عمل می کند: نانوسیم ها به میزان زیادی انتقال الکترون را تسهیل می کنند. بیوفیلم ها در معرض نور قرار می گیرند.
ملوانکار گفت: «این شکل کاملاً متفاوتی از فتوسنتز است. در اینجا، نور به دلیل انتقال سریع الکترون بین نانوسیم‌ها، تنفس باکتری‌ها را تسریع می‌کند.
آزمایشگاه ملوانکار در حال بررسی است که چگونه می توان از این بینش در مورد رسانایی الکتریکی باکتری برای تحریک رشد در اپتوالکترونیک – یک زیر شاخه از فوتونیک که دستگاه ها و سیستم هایی را که نور را پیدا و کنترل می کنند – مطالعه می کند – و جذب متان، یک گاز گلخانه ای که به عنوان عامل مهمی در جهان شناخته می شود، استفاده کرد.
