Mikroorganismer använder elektriskt ledande trådar för att göra sig av med överblivna elektroner. Dessa trådar växer ut från deras cellväggar, och de finns i många olika varianter och hos många olika arter. De ofattbart små, mystiska trådarna (1/100,000 av ett hårstrå) har visat sig bestå av proteiner som inneslutit metall, vilket gör dem elektriskt ledande. De gener som kodar för nanotrådarna kan klippas ut och placeras i andra mikroorganismer som då kan massproducera dem. Mikroorganismer skapar alltså elektriskt ledande nanomaterial! Det är en revolutionerande insikt.
Mycket forskning inriktar sig nu på att finna praktiska tillämpningar. En sådan praktisk tillämpning är mikrobiella nanotrådar för användning i elektronikindustrin, som sensorer och som komponenter i framtidens datorer.
Elektriska kraftnät kring mikroorganismer genomkorsar jordens ytskikt
Bakterier som S. oneidensis leder överblivna elektroner via nanotrådar till en elektronreceptor utanför cellen. Denna elektronreceptor kan vara en metall. Den kan också utgöras av syre, i de fall då syre är tillgängligt för en del av ett mikrobiellt ekosystem, men inte för en annan. Mikroorganismer i den syrefria miljön nere i havsbottens sediment kan då, via sina trådliknande utväxter, leda elektroner mot syret – genom ett nätverk av sammankopplade nanotrådar. Både bakterier och arkéer (mikroorganismer från ett helt annat rike) kan vara sammankopplade, samarbeta och vara ömsesidigt beroende av varandra.
De bildar en “superorganism” – en vidsträckt, levande elektrisk matta – där gränserna mellan avlägsna riken suddas ut. Dessa nätverk möjliggör kemiska processer som annars inte skulle ske. Bland annat oxiderar de metangas och begränsar därigenom stora utsläpp av växthusgasen till atmosfären. Dessa mikroskopiska strukturer har följaktligen en stor och betydelsefull inverkan på klimatet.
Eftersom denna typ av mikroorganismer har elektroner i sin arsenal kan de används för att oxidera (tillföra elektroner till) olika giftiga, farliga och miljöförstörande ämnen – och därigenom göra dem mindre farliga, eller ofarliga.
I gränslandet mellan mikroorganismer och mänsklig teknik
På den mikroskopiska nivån, i den levande elektriska mattan, kopplar encelliga organismer ihop sig med varandra över enorma evolutionära avstånd för att dra ömsesidig nytta av elektronflödet. Men här bildas även ett dynamiskt gränssnitt där levande organismer kan kopplas upp mot mänsklig elektronik och teknik – eller mot andra mikroorganismer som kan utföra en specifik uppgift för människan.
På den mikroskopiska nivån kommer elektroniska och mekaniska delar, tillverkade dels av människor, dels av mikroorganismer, att kunna sammansmälta.
Geobacter metallireducens är en särskilt intressant och användbar organism, som nu står i centrum för intensiv forskning. bland annat finansierad av den amerikansk militären. Den kan växa i avloppsvatten eller ättika och producera en elektrisk ström som kan överföras till andra material eller till andra mikroorganismer som i sin tur tillverkar till exempel biobränsle.
Framtidens gröna teknik är “natur” och mänsklig högteknologi i förening! Den gröna omställningen kommer innebära att levande biologisk teknik naturligt integreras i vardagen, i stads- och samhällsbyggnad.
