ENGINEERINGNET - De lange draadvormige bacteriën die elektriciteit produceren, en zo de zeebodem laten werken als een elektrochemische batterij, werden onlangs ontdekt op de bodem van de Noorzee.
Deze “levende batterijen” werden eerst ontdekt voor de kust voor Oostende in de Noordzee, en in de Nederlandse Delta (Oosterschelde en Grevelingen). Maar het proces komt wereldwijd voor, en heeft een grote impact op het ecosysteem van de zeebodem.
In 2010 werd in een laboratoriumexperiment een bacterie ontdekt, die elektriciteit maakt en elektronen over een lange afstand kan geleiden. Uit nieuw onderzoek, gepubliceerd in het ISME journal (een toptijdschrift voor microbiologie), blijkt nu dat deze bacteriën geen laboratorium curiosum zijn, maar wijdverspreid voorkomen in de oceaan.
‘Door gericht op zoek te gaan in de Noordzee en het Deltagebied, hebben we ontdekt dat er in de zeebodem écht bacteriën voorkomen die elektriciteit maken’ legt teamleider Prof. dr. ir. Filip Meysman uit.
‘Door vervolgens te gaan pluizen in genetische archieven, weten we dat deze micro-organismen in allerhande habitatten in de oceaan voorkomen, zoals in mangrove moerassen, de zeebodem onder visboerderijen en zelfs in hydrothermale bronnen in de diepe oceaan. Het toont aan dat er nog steeds echt nieuwe ontdekkingen kunnen plaatsvinden in de zeebodem, zelfs hier in de Noordzee.’
De elektrochemische batterij werd in 1800 uitgevonden door Alessandro Volta en wordt algemeen gezien als een sterk staaltje van menselijk vernuft. Uit het nieuwe onderzoek blijkt nu dat lange draadvormige bacteriën in de zeebodem dit kunstje reeds miljoenen jaren onder de knie hebben. Het maken van een natuurlijke batterij levert deze bacteriën een groot voordeel op in de competitie voor energierijke voedingsstoffen.
Meysman: ‘De bacteriën zijn 100x dunner dan een haar, en vormen een langgerekte spaghettistreng van duizenden cellen die elektronen aan elkaar doorgeven. Daar elektriciteit te produceren halen op ingenieuze manier hun energie uit de zeebodem.’
‘Het onderste deel van de streng zit enkele centimeters diep begraven in de zeebodem, en haalt daar elektronen uit energierijke zwavelverbindingen. Vervolgens worden de elektronen van cel naar cel doorgegeven. Bovenaan worden de elektronen door andere cellen weer afgegeven aan zuurstof, dat slechts aanwezig in een heel dun laagje aan het oppervlak van de zeebodem. Het gevolg is dat er een elektrische stroom ontstaat in de zeebodem, van beneden naar boven. Het is de eerste keer dat een degelijke biologische batterij in de natuur is aangetroffen.’
De nieuw ontdekte bacteriën zijn uniek omdat de verschillende cellen van de bacterie met elkaar samenwerken voor hun energievoorziening, waarbij verschillende cellen instaan voor een deel van de energievoorziening.
“Dit mechanisme, waarbij bacteriën elektriciteit maken en elektronen transporteren over grote afstanden, slaat microbiologen met verbazing,’ aldus Meysman, ‘Het verandert volledig ons beeld van hoe cellen kunnen samenwerken. Het is alsof je twee broers hebt, waarvan de ene alleen inademt en de andere alleen uitademt. Het toont aan hoe inventief biologische evolutie kan zijn.”
Het efficiënt geleiden van elektriciteit in organische materialen is de heilige graal van de materiaalkunde. Er wordt veel onderzoek naar gedaan, onder meer om lichte en flexibele zonnecellen te kunnen ontwerpen. Nu blijkt dat een bacterie uit de zeebodem dit trucje al uitgevonden heeft.
Meysman: “Als we weten hoe onze bacteriën dit voor elkaar krijgen, biedt dit mooie kansen voor vernieuwend onderzoek naar bio-elektrische materialen en toepassingen. Misschien draait een smartphone binnen 10 jaar wel op miniscule geleidende bacteriedraadjes.”
(illustratie: VUB)
