Lys akselererer ledningsevnen i naturens “elektriske nett”

Den naturlige verden har sitt eget iboende elektriske nett sammensatt av et globalt nett av små bakteriegenererte nanotråder i jorda og havene som “puster” ved å puste ut overflødige elektroner.

I en ny studie oppdaget forskere fra Yale University det lys er en overraskende alliert i å fremme denne elektroniske aktiviteten innenfor biofilmbakterier. Å utsette bakterieproduserte nanotråder for lys, fant de, ga en opptil 100 ganger økning i elektrisk ledningsevne.

Funnene ble publisert 7. september i tidsskriftet Naturkommunikasjon.

“Den dramatiske strømøkningen i nanotråder utsatt for lys viser en stabil og robust fotostrøm som vedvarer i timevis,” sa seniorforfatter Nikhil Malvankar, førsteamanuensis i molekylær biofysikk og biokjemi (MBB) ved Yale’s Microbial Sciences Institute på Yale’s West Campus.

Resultatene kan gi ny innsikt ettersom forskere søker måter å utnytte denne skjulte elektriske strømmen til en rekke formål, fra å eliminere biofarlig avfall og skape nye fornybare drivstoffkilder.

Nesten alle levende ting puster oksygen for å bli kvitt overflødige elektroner når næringsstoffer omdannes til energi. Uten tilgang til oksygen har imidlertid jordbakterier som lever dypt under hav eller begravd under jorden gjennom milliarder av år utviklet en måte å respirere ved å “puste mineraler”, som snorkling, gjennom bittesmå proteinfilamenter kalt nanotråder.

Da bakterier ble eksponert for lys, overrasket økningen i elektrisk strøm forskerne fordi de fleste bakteriene som ble testet finnes dypt i jorden, langt unna lysets rekkevidde. Tidligere studier hadde vist at når de ble utsatt for lys vokste nanotrådproduserende bakterier raskere.

“Ingen visste hvordan dette skjer,” sa Malvankar.

I den nye studien konkluderte et Yale-team ledet av postdoktor Jens Neu og doktorgradsstudent Catharine Shipps at et metallholdig protein kjent som cytochrome OmcS – som utgjør bakterielle nanotråder – fungerer som en naturlig fotoleder: nanotrådene letter i stor grad elektronoverføring når biofilmer utsettes for lys.

“Det er en helt annen form for fotosyntese,” sa Malvankar. “Her akselererer lyset å puste forbi bakterie på grunn av rask elektronoverføring mellom nanotråder.”

Malvankars laboratorium undersøker hvordan denne innsikten i bakteriell elektrisk Strømføringsevne kan brukes til å stimulere vekst innen optoelektronikk – et underfelt av fotonikk som studerer enheter og systemer som finner og kontrollerer lys – og fanger metan, en klimagass kjent for å være en betydelig bidragsyter til globale klimaendringer.

Andre forfattere av artikkelen er Matthew Guberman-Pfeffer, Cong Shen, Vishok Srikanth, Sibel Ebru Yalcin fra Malvankar Lab på Yale; Jacob Spies, professor Gary Brudvig og professor Victor Batista fra Yale Institutt for kjemi; og Nathan Kirchhofer fra Oxford Instruments.

---

---