Вместе с коллегами из Нидерландов и Австрии исследователи из Орхусского университета использовали лазерную спектрометрию в качестве передового вольтметра для отслеживания электронов через бактерии в кабеле на миллиметровые расстояния; расстояния, которые в тысячу раз больше, чем ранее измеренные в любом живом организме.Используя свои измерения, исследователи также могут рассчитать потери напряжения через отдельные кабельные бактерии (примерно 12-14 милливольт на мм) и, таким образом, также вычислить, как далеко они могут проникнуть в бескислородное морское дно, не теряя своей способности проводить электричество: «У них будут проблемы, если они потянутся дальше, чем на 3 см вниз в осадок. В принципе, отдельные бактерии могут быть длиннее 3 см, но тогда они должны блуждать вверх и вниз, чтобы они чередовали богатая кислородом и бескислородная среда в отложениях », — объясняет профессор Андреас Шрамм из Центра электромикробиологии (CEM) Орхусского университета.Мутная картина
Центр фундаментальных исследований CEM был создан в 2017 году, чтобы найти ответы на некоторые вопросы, которые резко выросли после обнаружения этих живых электрических кабелей на морском дне под Орхусским багтом семь лет назад.Как может живая биологическая структура действовать как эффективный проводник электричества? Как кабельная бактерия распределяет энергию между клетками?
И как они используют энергию? В то время исследователи буквально имели лишь туманную картину того, что происходило с этими длинными тонкими бактериями. Бактерии переносят электроны из бескислородной грязи на пару сантиметров вниз по морскому дну к богатой кислородом грязи и илу на поверхности, что позволяет им есть одним концом и дышать другим.
… становится четче с лазерным светомПроведя под микроскопом живые кабельные бактерии и подвергнув их резонансной рамановской спектроскопии, исследовательская группа подошла к одному из ответов. Их результаты опубликованы в научном журнале PNAS 7 мая.
Рамановская спектроскопия освещает молекулы лазерным светом. Частотное распределение рассеянного света позволяет считывать уровень энергии молекул.
«В этом контексте мы использовали прибор в качестве усовершенствованного вольтметра, нацеленного на определенный тип белков, цитохромов в кабелях», — сказал первый автор публикации Джеспер Т. Бьерг, аспирант Орхусского университета. .Отключение питанияОбъясняет глава CEM, профессор Ларс Петер Нильсен.«Все живые клетки перемещают электроны и пытаются запарковать их в так называемых цитохромах. Чем больше свободных парковочных мест, тем выше электрический потенциал.
С помощью нашего усовершенствованного вольтметра мы измерили доступные парковочные места и, следовательно, электрический потенциал. каждого цитохрома вдоль проводов отдельных кабельных бактерий, в то время как эти провода проводят электроны от одного конца бактерии к другому. Наши измерения показали самый низкий потенциал в клетках на том конце, куда загружались электроны из источника пищи, и самый высокий потенциал на противоположном конце, где электроны выгружались в кислород ».В части исследования исследователи отрезали верхний конец бактерий (то есть конец, который переносит электроны к кислороду в воде) с помощью лазера.
Это привело к быстрому снижению электрического потенциала в оставшейся части бактерий, указывая на то, что парковочные места в цитохромах были заполнены электронами, которые не могли двигаться дальше из-за отключения электричества.«Это первый случай, когда перенос электронов был продемонстрирован на отдельных кабельных бактериях.
В то же время мы использовали хорошо зарекомендовавший себя метод, подтверждающий результаты наших первоначальных измерений с нетрадиционными методами в колоннах непрозрачного бурового раствора», — сказал Ларс Питер. Нильсен.