แบคทีเรียลึกลับสร้างสายไฟฟ้า

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:17

สำหรับลาร์ส ปีเตอร์ นีลเส็น ทุกอย่างเริ่มต้นจากการหายตัวไปอย่างลึกลับของไฮโดรเจนซัลไฟด์ นักจุลชีววิทยาได้รวบรวมโคลนสีดำที่มีกลิ่นเหม็นจากก้นท่าเรือ Aarhus ในเดนมาร์ก โยนลงในบีกเกอร์แก้วขนาดใหญ่ และใส่ไมโครเซ็นเซอร์พิเศษที่ตรวจพบการเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบทางเคมีของโคลน

ในช่วงเริ่มต้นของการทดลอง องค์ประกอบอิ่มตัวด้วยไฮโดรเจนซัลไฟด์ ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของกลิ่นและสีของตะกอน แต่ 30 วันต่อมา สิ่งสกปรกแถบหนึ่งเปลี่ยนเป็นสีซีด ซึ่งบ่งชี้ถึงการสูญเสียไฮโดรเจนซัลไฟด์ ในที่สุด ไมโครเซนเซอร์ก็แสดงว่าการเชื่อมต่อทั้งหมดหายไป จากสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์รู้เกี่ยวกับชีวธรณีเคมีของโคลน Nielsen จากมหาวิทยาลัย Aarhus เล่าว่า "มันไม่สมเหตุสมผลเลย"

คำอธิบายแรกคือเขาบอกว่าเซ็นเซอร์ผิด แต่เหตุผลกลับกลายเป็นว่าแปลกกว่านั้นมาก: แบคทีเรียที่เชื่อมต่อเซลล์สร้างสายไฟฟ้าที่สามารถนำกระแสไฟฟ้าผ่านสิ่งสกปรกได้สูงถึง 5 เซนติเมตร

การปรับตัวที่ไม่เคยมีมาก่อนในจุลินทรีย์ช่วยให้สิ่งที่เรียกว่าแบคทีเรียเคเบิลเหล่านี้สามารถเอาชนะปัญหาสำคัญที่สิ่งมีชีวิตจำนวนมากต้องเผชิญในโคลน: การขาดออกซิเจน การขาดมันมักจะทำให้แบคทีเรียจากการเผาผลาญสารประกอบเช่นไฮโดรเจนซัลไฟด์สำหรับอาหาร แต่สายเคเบิลโดยการจับจุลินทรีย์กับตะกอนที่อุดมด้วยออกซิเจน ทำให้พวกมันทำปฏิกิริยาในระยะทางไกลได้

เมื่อ Nielsen อธิบายการค้นพบครั้งแรกในปี 2009 เพื่อนร่วมงานของเขาไม่เชื่อ Philip Meisman วิศวกรเคมีแห่งมหาวิทยาลัย Antwerp เล่าว่า "นี่มันไร้สาระสิ้นดี" ใช่ นักวิจัยรู้ว่าแบคทีเรียสามารถนำไฟฟ้าได้ แต่ไม่ใช่ในระยะทางที่ Nielsen แนะนำ Andreas Teske นักจุลชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยนอร์ธแคโรไลนาที่แชปเพิลฮิลล์กล่าวว่า "ราวกับว่ากระบวนการเผาผลาญของเราเองอาจส่งผลต่อระยะทาง 18 กิโลเมตร

แต่ยิ่งนักวิจัยมองหาโคลน "ที่ถูกทำให้เป็นไฟฟ้า" มากขึ้น พวกเขาก็ยิ่งพบมันทั้งในเกลือและน้ำจืด พวกเขายังระบุจุลินทรีย์ไฟฟ้าที่ชอบสิ่งสกปรกประเภทที่สอง: แบคทีเรียนาโนไวร์ เซลล์แต่ละเซลล์ที่สร้างโครงสร้างโปรตีนที่สามารถเคลื่อนอิเล็กตรอนในระยะทางที่สั้นกว่า

จุลชีพสายนาโนเหล่านี้พบได้ทุกที่ แม้แต่ในปากมนุษย์

การค้นพบบังคับให้นักวิจัยเขียนตำราใหม่ ทบทวนบทบาทของแบคทีเรียโคลนในการประมวลผลองค์ประกอบหลัก เช่น คาร์บอน ไนโตรเจน และฟอสฟอรัส และทบทวนผลกระทบต่อระบบนิเวศทางน้ำและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

นักวิทยาศาสตร์ยังมองหาการใช้งานที่ใช้งานได้จริง โดยสำรวจศักยภาพของแบคทีเรียที่มีสายเคเบิลและสายนาโนเพื่อต่อสู้กับมลภาวะและอุปกรณ์ไฟฟ้ากำลัง Meisman กล่าวว่า "เราเห็นการโต้ตอบกันมากขึ้นภายในจุลินทรีย์และระหว่างจุลินทรีย์ที่ใช้ไฟฟ้า "ฉันเรียกมันว่าชีวมณฑลไฟฟ้า"

เซลล์ส่วนใหญ่เจริญเติบโตได้โดยการนำอิเล็กตรอนจากโมเลกุลหนึ่ง กระบวนการที่เรียกว่าออกซิเดชัน และถ่ายโอนไปยังอีกโมเลกุลหนึ่ง ซึ่งมักจะเรียกว่าออกซิเจน ซึ่งเรียกว่ารีดิวซ์ พลังงานที่ได้รับจากปฏิกิริยาเหล่านี้จะควบคุมกระบวนการชีวิตอื่นๆ ในเซลล์ยูคาริโอต รวมทั้งของเราด้วย ปฏิกิริยา "รีดอกซ์" ดังกล่าวเกิดขึ้นที่เยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย และระยะห่างระหว่างพวกมันนั้นเล็ก - ไมโครมิเตอร์เท่านั้น นี่คือเหตุผลที่นักวิจัยหลายคนสงสัยเกี่ยวกับคำกล่าวอ้างของ Nielsen ที่ว่าแบคทีเรียในสายเคเบิลเคลื่อนอิเล็กตรอนผ่านชั้นของสิ่งสกปรกขนาดเท่าลูกกอล์ฟ

ไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่หายไปเป็นกุญแจสำคัญในการพิสูจน์เรื่องนี้ แบคทีเรียสร้างสารประกอบในโคลน ทำลายเศษซากพืชและสารอินทรีย์อื่นๆ ในการสะสมที่ลึกกว่านั้น ไฮโดรเจนซัลไฟด์จะสะสมเนื่องจากขาดออกซิเจน ซึ่งช่วยให้แบคทีเรียอื่นๆ สามารถย่อยสลายได้ อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนซัลไฟด์ยังคงหายไปในบีกเกอร์ของนีลเส็น นอกจากนี้ คราบสนิมยังปรากฏบนพื้นผิวของสิ่งสกปรก ซึ่งบ่งบอกถึงการก่อตัวของเหล็กออกไซด์

ตื่นขึ้นมาในคืนหนึ่ง นีลเส็นได้คำอธิบายที่แปลกประหลาดว่า จะเกิดอะไรขึ้นหากแบคทีเรียที่ฝังอยู่ในโคลนทำปฏิกิริยารีดอกซ์จนเสร็จ โดยจะหลีกเลี่ยงชั้นที่ขาดออกซิเจนอย่างใด จะเกิดอะไรขึ้นหากพวกเขาใช้ไฮโดรเจนซัลไฟด์ในปริมาณมากในฐานะผู้บริจาคอิเล็กตรอน แล้วส่งอิเล็กตรอนไปยังพื้นผิวที่อุดมด้วยออกซิเจนล่ะ ในกระบวนการออกซิเดชันจะเกิดสนิมขึ้นหากมีเหล็กอยู่

การค้นหาสิ่งที่บรรทุกอิเล็กตรอนเหล่านี้ได้พิสูจน์แล้วว่ายาก ประการแรก Niels Riesgaard-Petersen จากทีม Nielsen ต้องแยกแยะความเป็นไปได้ที่ง่ายกว่านี้: อนุภาคโลหะในตะกอนจะนำอิเล็กตรอนขึ้นสู่พื้นผิวและทำให้เกิดออกซิเดชัน เขาทำได้โดยใส่ชั้นของลูกปัดแก้วที่ไม่นำไฟฟ้าเข้าไปในเสาดิน แม้จะมีอุปสรรคนี้ นักวิจัยยังคงพบกระแสไฟฟ้าไหลผ่านโคลน ซึ่งบ่งชี้ว่าอนุภาคโลหะไม่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

เพื่อดูว่าสายเคเบิลหรือลวดมีอิเล็กตรอนอยู่หรือไม่ นักวิจัยจึงใช้ลวดทังสเตนเพื่อตัดแนวขวางผ่านเสาโคลน กระแสไฟดับเหมือนลวดขาด งานอื่นทำให้ขนาดของตัวนำแคบลง โดยแนะนำว่าควรมีเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างน้อย 1 ไมโครเมตร "นี่เป็นขนาดปกติของแบคทีเรีย" Nielsen กล่าว

ในที่สุด ไมโครกราฟอิเล็กตรอนเปิดเผยตัวเลือกที่เป็นไปได้: เส้นใยแบคทีเรียบางยาวที่ปรากฏในชั้นของลูกปัดแก้วที่สอดเข้าไปในบีกเกอร์ที่เต็มไปด้วยโคลนจากท่าเรือ Aarhus เส้นใยแต่ละเส้นประกอบด้วยกองเซลล์ - มากถึง 2,000 เซลล์ - ล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มชั้นนอกที่เป็นยาง ในช่องว่างระหว่างเมมเบรนนี้กับเซลล์ที่วางซ้อนกัน "สายไฟ" ขนานกันหลายเส้นจะยืดเส้นไหมตลอดความยาวทั้งหมด ลักษณะคล้ายสายเคเบิลเป็นแรงบันดาลใจให้ชื่อสามัญของจุลินทรีย์

ไมส์มัน อดีตขี้ระแวง กลับใจใหม่อย่างรวดเร็ว ไม่นานหลังจาก Nielsen ประกาศการค้นพบของเขา Meismann ตัดสินใจสำรวจตัวอย่างโคลนทะเลของเขาเอง “ฉันสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงของสีเดียวกันกับที่เขาเห็น” Meisman เล่า "มันเป็นทิศทางของแม่ที่จะให้ความสำคัญกับเรื่องนี้มากขึ้น"

ทีมของเขาเริ่มพัฒนาเครื่องมือและวิธีการสำหรับการวิจัยจุลินทรีย์ ซึ่งบางครั้งทำงานร่วมกับกลุ่มของ Nielsen มันยากที่จะไป เส้นใยแบคทีเรียมักจะเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วหลังการแยกตัว และอิเล็กโทรดมาตรฐานสำหรับการวัดกระแสในตัวนำขนาดเล็กจะไม่ทำงาน แต่เมื่อนักวิจัยเรียนรู้ที่จะเลือกเกลียวเส้นเดียวและติดอิเล็กโทรดแต่ละตัวอย่างรวดเร็ว "เราเห็นค่าการนำไฟฟ้าที่สูงมาก" Meisman กล่าว สายเคเบิลที่มีชีวิตไม่สามารถแข่งขันกับสายทองแดงได้ เขากล่าว แต่สายเคเบิลเหล่านี้ตรงกับตัวนำที่ใช้ในแผงโซลาร์เซลล์และหน้าจอโทรศัพท์มือถือตลอดจนสารกึ่งตัวนำอินทรีย์ที่ดีที่สุด

นักวิจัยยังได้วิเคราะห์ลักษณะทางกายวิภาคของแบคทีเรียสายเคเบิล พวกเขาแยกเปลือกทรงกระบอกโดยใช้อ่างเคมี โดยพบว่ามีเส้นใยคู่ขนาน 17 ถึง 60 เส้นที่ติดกาวเข้าด้วยกันภายใน เปลือกเป็นแหล่งที่มาของการนำ Meisman และเพื่อนร่วมงานรายงานเมื่อปีที่แล้วใน Nature Communications ยังไม่ทราบองค์ประกอบที่แน่นอน แต่อาจเป็นโปรตีน

“มันเป็นสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อน” นีลเส็น ซึ่งปัจจุบันเป็นหัวหน้าศูนย์จุลชีววิทยาไฟฟ้า ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี 2560 โดยรัฐบาลเดนมาร์กกล่าว ปัญหาที่ศูนย์แก้ไขคือการผลิตจุลินทรีย์จำนวนมากในวัฒนธรรม “ถ้าเรามีวัฒนธรรมที่บริสุทธิ์ มันจะง่ายกว่ามาก” ในการทดสอบแนวคิดเกี่ยวกับการเผาผลาญของเซลล์และผลกระทบของสิ่งแวดล้อมที่มีต่อการนำไฟฟ้า Andreas Schramm จากศูนย์กล่าว แบคทีเรียที่เพาะเลี้ยงจะทำให้ฉนวนสายไฟได้ง่ายขึ้น และทดสอบศักยภาพในการบำบัดทางชีวภาพและเทคโนโลยีชีวภาพ

ในขณะที่นักวิจัยกำลังงุนงงเกี่ยวกับแบคทีเรียในสายเคเบิล คนอื่น ๆ กำลังมองหาผู้เล่นหลักอีกคนหนึ่งในโคลนไฟฟ้า: แบคทีเรียที่ทำจากลวดนาโนซึ่งแทนที่จะพับเซลล์เป็นสายเคเบิล จะสร้างสายโปรตีนที่มีความยาว 20 ถึง 50 นาโนเมตรจากแต่ละเซลล์

เช่นเดียวกับแบคทีเรียในสายเคเบิล องค์ประกอบทางเคมีลึกลับของเงินฝากนำไปสู่การค้นพบจุลินทรีย์นาโนไวร์ ในปี 1987 นักจุลชีววิทยา Derek Lovley ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่มหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ แอมเฮิร์สต์ พยายามทำความเข้าใจว่าฟอสเฟตจากน้ำเสียจากปุ๋ย ซึ่งเป็นสารอาหารที่ส่งเสริมการงอกของสาหร่าย ถูกปล่อยออกมาจากตะกอนใต้แม่น้ำโปโตแมคในวอชิงตัน ดี.ซี. ได้อย่างไร ทำงานและเริ่มกำจัดวัชพืชออกจากดิน หลังจากที่เติบโตอย่างใดอย่างหนึ่งซึ่งปัจจุบันเรียกว่า Geobacter Metallierucens เขาสังเกตเห็น (ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน) ว่าแบคทีเรียได้เติบโตพันธะกับแร่ธาตุเหล็กในบริเวณใกล้เคียง เขาสงสัยว่ามีอิเล็กตรอนถูกลำเลียงไปตามสายไฟเหล่านี้ และในที่สุดก็พบว่า Geobacter จัดการปฏิกิริยาเคมีในโคลน ออกซิไดซ์สารประกอบอินทรีย์ และถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังแร่ธาตุ แร่ธาตุที่ลดลงเหล่านี้จะปล่อยฟอสฟอรัสและธาตุอื่นๆ

เช่นเดียวกับ Nielsen Lovely เผชิญกับความสงสัยเมื่อเขาอธิบายจุลชีพทางไฟฟ้าของเขาเป็นครั้งแรก อย่างไรก็ตาม วันนี้ เขาและคนอื่นๆ ได้ลงทะเบียนจุลินทรีย์สายนาโนเกือบสิบชนิด โดยพบพวกมันในสภาพแวดล้อมอื่นที่ไม่ใช่สิ่งสกปรก หลายตัวพาอิเล็กตรอนเข้าและออกจากอนุภาคในตะกอน แต่บางชนิดก็อาศัยจุลินทรีย์ชนิดอื่นในการรับหรือเก็บอิเล็กตรอน การเป็นหุ้นส่วนทางชีววิทยานี้ทำให้จุลินทรีย์ทั้งสองสามารถ "มีส่วนร่วมในเคมีชนิดใหม่ที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตใดสามารถทำได้โดยลำพัง" Victoria Orfan นักธรณีวิทยาแห่งสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียกล่าว แม้ว่าแบคทีเรียจากสายเคเบิลจะแก้ปัญหาความต้องการรีดอกซ์โดยการขนส่งไปยังโคลนที่มีออกซิเจนในระยะทางไกล จุลินทรีย์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับเมแทบอลิซึมของกันและกันเพื่อตอบสนองความต้องการรีดอกซ์ของพวกมัน

นักวิจัยบางคนยังคงถกเถียงกันว่าสายนาโนของแบคทีเรียนำอิเล็กตรอนอย่างไร Lovley และเพื่อนร่วมงานของเขาเชื่อว่ากุญแจคือสายโซ่ของโปรตีนที่เรียกว่า pilins ซึ่งประกอบด้วยกรดอะมิโนแบบวงกลม เมื่อเขาและเพื่อนร่วมงานลดปริมาณกรดอะมิโนวงแหวนในพิลิน ลวดนาโนจะกลายเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าน้อยลง Lovely กล่าว "มันน่าทึ่งมาก" เพราะเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าโปรตีนเป็นฉนวน แต่คนอื่นคิดว่าคำถามนี้ยังไม่ได้รับการแก้ไข เด็กกำพร้าเช่นกล่าวว่าแม้ว่า "มีหลักฐานมากมาย … ฉันยังไม่คิดว่า [การนำของสายนาโน] เข้าใจดี"

สิ่งที่ชัดเจนคือแบคทีเรียไฟฟ้ามีอยู่ทุกหนทุกแห่ง ตัวอย่างเช่น ในปี 2014 นักวิทยาศาสตร์ค้นพบแบคทีเรียเคเบิลในแหล่งอาศัยที่แตกต่างกันมากสามแห่งในทะเลเหนือ: ในบึงน้ำเค็ม ในแอ่งก้นทะเลที่ระดับออกซิเจนลดลงจนเกือบเป็นศูนย์ในบางฤดูกาล และในที่ราบโคลนใกล้ทะเลที่มีน้ำท่วมขัง. … ฝั่ง (พวกเขาไม่พบพวกมันในพื้นที่ทรายที่มีหนอนอาศัยอยู่ซึ่งทำให้เกิดตะกอนและทำลายสายเคเบิล) ที่อื่น นักวิจัยได้พบหลักฐาน DNA ของแบคทีเรียสายเคเบิลในแอ่งน้ำลึกที่มีออกซิเจนต่ำ พื้นที่น้ำพุร้อน และสภาพอากาศหนาวเย็น การรั่วไหล และป่าชายเลนและตลิ่งน้ำขึ้นน้ำลงทั้งในเขตอบอุ่นและกึ่งเขตร้อน

แบคทีเรียเคเบิลยังพบได้ในสภาพแวดล้อมน้ำจืดหลังจากอ่านบทความของ Nielsen ในปี 2010 และ 2012 ทีมงานที่นำโดยนักจุลชีววิทยา Rainer Meckenstock ได้ทำการตรวจสอบแกนตะกอนอีกครั้งซึ่งเจาะระหว่างการสำรวจการปนเปื้อนของน้ำใต้ดินในเมือง Düsseldorf ประเทศเยอรมนี “เราพบ [แบคทีเรียจากสายเคเบิล] ตรงที่เราคิดว่าจะพบพวกมัน” ในระดับความลึกที่ออกซิเจนหมดลง Mekenstock ซึ่งทำงานที่มหาวิทยาลัย Duisburg-Essen เล่า

แบคทีเรีย Nanowire เป็นที่แพร่หลายมากยิ่งขึ้น นักวิจัยพบในดิน นาข้าว ลำไส้ลึก และแม้แต่โรงบำบัดน้ำเสีย เช่นเดียวกับในน้ำจืดและตะกอนในทะเล พวกมันสามารถดำรงอยู่ได้ทุกที่ที่สร้างแผ่นชีวะ และความแพร่หลายของแผ่นชีวะเป็นหลักฐานเพิ่มเติมว่าแบคทีเรียเหล่านี้มีบทบาทสำคัญอย่างไรในธรรมชาติ

แบคทีเรียกากตะกอนไฟฟ้าที่หลากหลายยังแสดงให้เห็นว่าพวกมันมีบทบาทสำคัญในระบบนิเวศ ตัวอย่างเช่น โดยการป้องกันการสะสมของไฮโดรเจนซัลไฟด์ แบคทีเรียจากสายเคเบิลอาจทำให้สิ่งสกปรกสามารถอยู่อาศัยได้มากขึ้นสำหรับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ Meckenstock, Nielsen และคนอื่นๆ พบพวกมันบนหรือใกล้รากหญ้าทะเลและพืชน้ำอื่นๆ ที่ปล่อยออกซิเจน ซึ่งแบคทีเรียอาจใช้ในการย่อยสลายไฮโดรเจนซัลไฟด์ ในทางกลับกันจะช่วยปกป้องพืชจากก๊าซพิษ การเป็นหุ้นส่วน "ดูเหมือนเป็นลักษณะเฉพาะของพืชน้ำ" เมคเคนสต็อคกล่าว

Robert Aller นักชีวเคมีทางทะเลแห่งมหาวิทยาลัย Stony Brook เชื่อว่าแบคทีเรียสามารถช่วยสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังใต้น้ำได้หลายชนิด รวมถึงหนอนที่สร้างโพรงเพื่อให้น้ำที่มีออกซิเจนเข้าไปในโคลน เขาพบแบคทีเรียจากสายเคเบิลเกาะที่ด้านข้างของท่อหนอน น่าจะเป็นเพราะพวกมันสามารถใช้ออกซิเจนนี้เพื่อกักเก็บอิเล็กตรอนได้ ในทางกลับกัน เวิร์มเหล่านี้ได้รับการปกป้องจากไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่เป็นพิษ "แบคทีเรียทำให้ [โพรง] น่าอยู่มากขึ้น" Aller ผู้อธิบายการเชื่อมโยงในบทความเดือนกรกฎาคม 2019 ใน Science Advances กล่าว

จุลินทรีย์ยังเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของสิ่งสกปรกอีกด้วย Saira Malkin นักนิเวศวิทยาจากศูนย์วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมแห่งมหาวิทยาลัยแมริแลนด์กล่าว "พวกเขามีประสิทธิภาพโดยเฉพาะ … วิศวกรระบบนิเวศ" แบคทีเรียเคเบิล "เติบโตเหมือนไฟป่า" เธอกล่าว บนแนวปะการังหอยนางรมที่มีน้ำขึ้นน้ำลง เธอพบว่าโคลน 1 ลูกบาศก์เซนติเมตรอาจมีสายเคเบิล 2,859 เมตรที่เชื่อมอนุภาคเข้าด้วยกัน อาจทำให้ตะกอนต้านทานต่อสิ่งมีชีวิตในทะเลได้มากขึ้น

แบคทีเรียยังเปลี่ยนคุณสมบัติทางเคมีของสิ่งสกปรก ทำให้ชั้นใกล้พื้นผิวเป็นด่างมากขึ้น และชั้นที่ลึกกว่านั้นเป็นกรดมากขึ้น Malkin พบ การไล่ระดับ pH ดังกล่าวสามารถส่งผลกระทบต่อ “วัฏจักรธรณีเคมีจำนวนมาก” รวมถึงสิ่งที่เกี่ยวข้องกับสารหนู แมงกานีส และเหล็ก เธอกล่าว ซึ่งสร้างโอกาสสำหรับจุลินทรีย์อื่นๆ

เนื่องจากพื้นที่กว้างใหญ่ของโลกปกคลุมด้วยโคลน นักวิจัยกล่าวว่าแบคทีเรียที่เกี่ยวข้องกับสายเคเบิลและสายนาโนมีแนวโน้มที่จะมีผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศโลก ตัวอย่างเช่น แบคทีเรียลวดนาโนสามารถนำอิเล็กตรอนจากวัสดุอินทรีย์ เช่น ไดอะตอมที่ตายแล้ว แล้วส่งต่อไปยังแบคทีเรียอื่นๆ ที่ผลิตมีเทน ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่ทรงพลัง ภายใต้สถานการณ์ต่างๆ แบคทีเรียในสายเคเบิลสามารถลดการผลิตมีเทนได้

ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า “เราจะเห็นการยอมรับอย่างกว้างขวางถึงความสำคัญของจุลินทรีย์เหล่านี้ที่มีต่อชีวมณฑล” Malkin กล่าว กว่าสิบปีหลังจากที่ Nielsen สังเกตเห็นการหายตัวไปอย่างลึกลับของไฮโดรเจนซัลไฟด์จากโคลน Aarhus เขาพูดว่า: "มันเวียนหัวที่จะคิดถึงสิ่งที่เรากำลังเผชิญอยู่ที่นี่"

ถัดไป: โทรศัพท์ที่ขับเคลื่อนด้วยสายจุลินทรีย์?

ผู้บุกเบิกจุลินทรีย์ไฟฟ้าคิดอย่างรวดเร็วเกี่ยวกับวิธีใช้แบคทีเรียเหล่านี้Lars Peter Nielsen นักจุลชีววิทยาจาก University of Aarhus กล่าวว่า ตอนนี้เรารู้แล้วว่าวิวัฒนาการสามารถสร้างสายไฟฟ้าได้ จะน่าเสียดายถ้าเราไม่ใช้มัน

แอปพลิเคชั่นหนึ่งที่เป็นไปได้คือการตรวจจับและควบคุมมลพิษ จุลินทรีย์จากสายเคเบิลดูเหมือนจะเจริญเติบโตเมื่อมีสารประกอบอินทรีย์ เช่น น้ำมัน และนีลเส็นและทีมของเขากำลังทดสอบความเป็นไปได้ที่แบคทีเรียในสายเคเบิลจำนวนมากจะส่งสัญญาณถึงการมีอยู่ของมลพิษที่ยังไม่ได้ค้นพบในชั้นหินอุ้มน้ำ แบคทีเรียไม่ได้ทำให้น้ำมันเสื่อมสภาพโดยตรง แต่สามารถออกซิไดซ์ของซัลไฟด์ที่ผลิตโดยแบคทีเรียที่มีน้ำมันอื่นๆ ได้ นอกจากนี้ยังสามารถช่วยทำความสะอาดได้อีกด้วย ปริมาณน้ำฝนจะฟื้นตัวเร็วขึ้นจากการปนเปื้อนของน้ำมันดิบเมื่อมีแบคทีเรียเคเบิลเข้ามาเป็นอาณานิคม กลุ่มวิจัยอีกกลุ่มรายงานในเดือนมกราคมในวารสาร Water Research ในสเปน ทีมที่สามกำลังตรวจสอบว่าแบคทีเรียสายนาโนสามารถเร่งการทำความสะอาดพื้นที่ชุ่มน้ำที่ปนเปื้อนได้เร็วขึ้นหรือไม่ และแม้กระทั่งก่อนที่แบคทีเรียที่ใช้เส้นลวดนาโนจะเป็นไฟฟ้า พวกเขาได้แสดงให้เห็นสัญญาว่าจะกำจัดขยะนิวเคลียร์และชั้นหินอุ้มน้ำที่ปนเปื้อนด้วยอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน เช่น เบนซีนหรือแนฟทาลีน

แบคทีเรียไฟฟ้ายังสามารถก่อให้เกิดเทคโนโลยีใหม่ ๆ Derek Lovley นักจุลชีววิทยาแห่งมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ (UMass) Amherst กล่าวว่าพวกเขาสามารถดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อเปลี่ยนสายนาโน ซึ่งสามารถตัดออกเพื่อสร้างกระดูกสันหลังของเซ็นเซอร์ที่สวมใส่ได้ที่มีความละเอียดอ่อน "เราสามารถออกแบบสายนาโนและปรับให้เข้ากับสารประกอบที่น่าสนใจโดยเฉพาะ" ตัวอย่างเช่น ในฉบับวันที่ 11 พฤษภาคม Lovely ของ Nano Research วิศวกรของ UMass Jun Yao และเพื่อนร่วมงานได้อธิบายเซ็นเซอร์ที่ใช้สายนาโนที่ตรวจจับแอมโมเนียในระดับความเข้มข้นที่จำเป็นสำหรับการใช้งานทางการเกษตร อุตสาหกรรม สิ่งแวดล้อม และชีวการแพทย์

เส้นใยนาโนสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าจากความชื้นในอากาศได้ นักวิจัยเชื่อว่า ฟิล์มจะสร้างพลังงานเมื่อมีการไล่ระดับความชื้นระหว่างขอบด้านบนและด้านล่างของฟิล์ม (ขอบด้านบนไวต่อความชื้นมากกว่า) เนื่องจากไฮโดรเจนและออกซิเจนอะตอมของน้ำแยกจากกันเนื่องจากการไล่ระดับ ประจุจะถูกสร้างขึ้นและอิเล็กตรอนจะไหล Yao และทีมของเขารายงานใน Nature เมื่อวันที่ 17 กุมภาพันธ์ว่าฟิล์มดังกล่าวสามารถสร้างพลังงานเพียงพอที่จะให้แสงไดโอดเปล่งแสง และอุปกรณ์ 17 ชิ้นที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกันสามารถจ่ายไฟให้กับโทรศัพท์มือถือได้ Qu Lianti นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุแห่งมหาวิทยาลัย Tsinghua กล่าว วิธีการนี้เป็น “เทคโนโลยีปฏิวัติใหม่สำหรับการผลิตพลังงานหมุนเวียน สะอาดและราคาถูก” (คนอื่นระมัดระวังมากขึ้น โดยสังเกตว่าความพยายามในอดีตที่จะบีบพลังงานออกจากความชื้นโดยใช้กราฟีนหรือโพลีเมอร์ไม่ประสบความสำเร็จ)

ในที่สุด นักวิจัยหวังว่าจะควบคุมความสามารถทางไฟฟ้าของแบคทีเรียโดยไม่ต้องจัดการกับจุลินทรีย์ที่จู้จี้จุกจิก ยกตัวอย่างเช่น Catch ได้ชักชวนให้ห้องปฏิบัติการทั่วไปและแบคทีเรียอุตสาหกรรม Escherichia coli ทำสายนาโน สิ่งนี้จะช่วยให้นักวิจัยผลิตโครงสร้างจำนวนมากและศึกษาการใช้งานจริงได้ง่ายขึ้น