Bakterier som växer på partiklar av magnetisk kristall kan bilda naturliga uppladdningsbara batterier, enligt ny forskning. Forskare vid universitetet i Tübingen i Tyskland har funnit att kolonier av två typer av bakterier kan växa på ett mineral som kallas magnetit. De fann att en bakterieart kunde dumpa elektroner på kristallerna, medan en annan skördade elektronerna från dem beroende på hur mycket solljus de fick. Forskare har funnit att kolonier av två typer av bakterier kan växa på ett mineral som kallas magnetit. Magnetit är ett mineral av järn(III)oxid som bildar släta svarta kristaller, som de som visas ovan, i berg. En bakterieart dumpade elektroner medan en annan skördades från dem beroende på solnivåerna. Forskarna sade att detta i vilt tillstånd kan tillåta magnetitkristallerna att fungera som naturliga uppladdningsbara batterier för bakterierna. Resultaten har väckt förhoppningar om att dessa "batterier" skulle kunna användas för att utveckla nya energikällor, även om den avgift de för närvarande har är mycket liten. Man har upptäckt nästan en och en halv kilometer under jord, vilket väcker förhoppningar om att bakterier kan överleva djupt under ytan på andra planeter. Forskare fann de encelliga organismer som levde i kolbäddar mer än 8000 meter under havsbottnen utanför Japans kust. Det är det djupaste livet som ännu har hittats under havet. På dessa djup måste de sfäriska mikroberna överleva enorma påfrestningar som skulle krossa de flesta organismer samtidigt som de inte har tillgång till ljus eller syre som ofta behövs för livet. Bakterierna sopar i stället de kemikalier de behöver för att överleva genom att bryta ner kolväteföreningarna i kolet runt omkring dem. Resultaten har väckt utsikten att livet fortfarande kan klamra sig fast på djupt underjordiska planeter som Mars, där man en gång trodde att det fanns strömmande vatten på ytan. Doktor James Byrne, som ledde arbetet vid universitetet i Tübingen, sade att bakterier kunde vara genetiskt konstruerade för att öka denna aktivitet. "I vår studie tittade vi bara på järnmetaboliserande bakterier, men vi spekulerar att det kan vara möjligt för andra icke-järnmetaboliserande organismer att använda magnetit som batteri också - eller om de kan göras att använda det, genom genteknik, sade han. Kan bakterierna öka energiproduktionen eller begränsas av magnetiten? Magnetiten själv kommer bara att hålla ett maximalt antal elektroner, vilket är en av de begränsande faktorerna. Men bakterierna når dessa elektroner genom specialiserade enzymer som kallas cyctokromer. 'I princip, om bakterierna kunde konstrueras med fler av dessa elektronbärare, då kunde det öka hastigheten med vilken de använder magnetit som ett batteri. "Det är förmodligen inte något som skulle kunna användas för en ansökan inom den närmaste framtiden dock." Forskarna, vars arbete publiceras i tidskriften Science, inkuberade en art av lila bakterier som kallas Rhodopseudomonas palustris, som finns i jord, och en annan bakterie som kallas Geobacter sulfurreducens. Denna graf visar den procentuella förändringen av laddningen på magnetiten som orsakas under dagsljus och nattförhållanden. Rhodopseudomonas palustris avlägsnade elektroner från magnetiten, vilket fick laddningen att falla medan Geobacter sulfurreducens lade till elektroner för att öka laddningen på mineralet under natten. Dessa odlades på nanostora kristaller av magnetit - ett järnoxidbaserat mineral som finns i bergformationer som användes för att göra lodstenar. Forskargruppen varierade sedan ljusnivåerna för att simulera effekten av natt och dag. De fann att under 'dagen' skördade Rhodopseudomonas bakterier elektroner från magnetiten, vilket minskade dess elektriska laddning. Under natten tog Geobacter över och dumpade elektroner tillbaka till magnetitkristallerna och laddade om den. Geobacter tillför elektroner till järnet i kristallerna samtidigt som den metaboliserar annat organiskt material. Forskarna odlade bakterierna på nanostora magnetiska partiklar av magnetit (vänster), som kan ses samlas på insidan av flaskan bredvid magneten till höger i en lösning av lila bakterier. Dr Byrne sa att fynden antyder ett sätt på vilket bakterier kan överleva i extrema miljöer djupt under marken. Han sade: "Geokemin är intressant i sig, men det finns också potentiellt användbara konsekvenser som kan få formen av detta arbete. "Electronernas flöde är avgörande för existensen av allt liv och det faktum att magnetit kan anses vara redoxaktiv öppnar möjligheten för bakterier att kunna existera eller överleva i miljöer där andra redoxaktiva föreningar är i brist på tillgång i jämförelse med magnetit." Forskarna tror också att fynden också kan användas för att rensa upp giftiga metallföroreningar, med hjälp av bakterier belagda magnetit för att omvandla metallen till säkrare former. Det finns ett antal arter av bakterier som har visat sig äta elektroner genom att skörda dem från metallpartiklar och andra som spottar ut dem. Detta diagram visar de förhållanden som forskarna tror leder till bakterierna (markerade i rosa) lägga till eller ta bort elektroner till magnetit (den svarta cirkeln) enligt vattennivåer och solljus finns. Dessa finns i allmänhet på havsbottnar och flodbäddar, med hjälp av energi i sin renaste form för att driva reaktionerna inuti deras celler. De flesta levande arter använder en komplex kaskad av biokemiska reaktioner för att frigöra den energi de behöver från sin föda. Till exempel bryter de flesta ryggradsceller ner glukossocker för att frigöra energipaket i form av molekyler som kallas ATP. Dessa bakterier tycks emellertid skörda energi direkt från elektronerna som frigörs när de växer på ytan av järnmineraler. Rhodopseudomonas palustris (ovan) skördar elektroner för att driva de metaboliska processerna inuti dess celler. De flesta levande arter använder en komplex kaskad av biokemiska reaktioner för att frigöra den energi de behöver från sin mat, men de studerade bakterierna verkar skörda energi direkt från elektronerna när de växer. Professor Andreas Kappler, en annan av författarna till studien och sekreterare för European Association of Geochemistry, sade: "Detta kan ha några intressanta geokemiska tillämpningar. "Det har varit betydande arbete nyligen med att använda magnetit för att rensa upp giftiga metaller. 'Till exempel kan magnetit reducera den giftiga formen av krom VI till det mindre giftiga kromet (III), som sedan kan ingå i en magnetitkristall. "Det faktum att denna magnetit då kan utsättas för dessa minskande bakterier kan potentiellt förbättra sin sanering kapacitet. "Men vi är fortfarande på ett tidigt stadium av att förstå de biotekniska konsekvenserna av denna upptäckt."
Forskare vid universitetet i Tübingen i Tyskland odlade bakterier på magnetit.
En art av bakterier skördade elektroner från mineralet och en annan dumpade elektroner tillbaka på järn i mineralet på natten.
Mängden lagrad energi är för låg för att användas som en ny energikälla.
Men andra arter kan skapa starkare laddningar för naturliga batterier.