For to år siden studerte mikrobiolog Lars Peter Nielsen fra Aarhus Universitet i Danmark gjørma på havbunnen i byens havn da han oppdaget noe uventet: Slammet var på vei med detekterbare nivåer av elektrisitet. På den tiden mistenkte han og kollegene at de elektriske strømningene kan tilskrives et slags eksternt transportnett mellom individuelle bakterier eller andre mikroskopiske organismer.
Sannheten, beskrevet i et papir publisert i går i Nature , er enda mer overraskende. "Våre eksperimenter viste at de elektriske tilkoblingene i havbunnen må være solide strukturer som er bygd av bakterier, " sa doktorgradsstipendiat Christian Pfeffer, hovedforfatter av papiret, i en pressemelding. Teamet hans, som arbeidet med forskere fra University of South California, fant en ny type flercellede bakterier som oppfører seg som elektriske kabler, i stand til å lede strøm over en avstand på flere centimeter, et langt større spennvidde enn forskere tidligere hadde trodd.
Gruppen oppdaget bakteriene, som tilhører Desulfobulbaceae-familien, ved å undersøke havgulvslam under et mikroskop. Fordi bakteriene er så små og skjøre - hundre ganger tynnere enn et menneskehår - er det ingen måte å direkte måle den elektriske strømmen de fører, men forskerne fant flere typer indirekte bevis for at de leder elektrisitet.
Bakteriene er rettet loddrett i sedimentet, og når ikke-ledende wolframstrenger ble trukket horisontalt over bakteriene, kortsluttet bakteriene og den elektriske strømmen ble forstyrret (som en gravemaskin som skjærer gjennom nedgravde kabler). Når filtre ble satt på plass for å hindre bakteriene i å vokse, ble den elektriske strømmen stengt av, med mindre filterets porer var store nok til at bakteriene kunne vokse gjennom.
Under mikroskop ser bakteriene litt ut som kablene som brukes i elektriske apparater. Inne i hver bakterie løper 15 til 17 forskjellige fibre på langs, som hver er i stand til å lede strøm. De lange fibrene består av mange tilkoblede celler, hver bare en mikrometer lang.
Et tverrsnitt av bakteriene avslører de individuelle ledende fibrene som går langs deres lengde, inneholdt i hver celle. (Bilde av Karen E. Thomsen) Et naturlig spørsmål å stille seg er hvorfor bakterier ville problemer med å utvikle den uvanlige evnen til å lede strøm. Svaret kan være like fascinerende som bakteriene i seg selv. Det viser seg at bare noen få centimeter under havgulvet er en rik, stort sett uutnyttet energikilde: negativt ladede svovelatomer kalt sulfider.
Årsaken til at de fleste organismer ikke klarer å høste energien fra disse kjemikaliene, er at den omkringliggende gjørmen stort sett er blottet for oksygen. En energirik, elektronisk givermatkilde er til stede, men organismer trenger oksygen for å akseptere reserveelektronene som en del av energihøstingsligningen kjent som respirasjon. Det er analogt med vårt behov for å både spise mat (sulfidene) og puste inn luft (oksygenet) for å overleve.
Bakteriene løser dette problemet ved å krysse avstanden mellom maten og oksygenkilden deres med en krets som er i stand til å føre elektroner. I den nedre enden høster organismen energi fra sulfidene, og sender deretter elektronene oppover. På toppen, nær det oksygenrike havvannet, er det i stand til å bruke det rikelig oksygen som er tilgjengelig for å utføre respirasjon.
Bakteriene leder elektroner vertikalt, og bringer sammen en energireserve og en oksygenkilde. (Bilde via naturen) Som et resultat har bakteriene hittil bare blitt funnet i anaerobe havbunnsedimenter - men i disse miljøene fant forskerteamet en svimlende mengde av dem. I gjennomsnitt, i hver kubikkcentimeter av det testede sedimentet, fant de 40 millioner celler av denne typen bakterier, en mengde de beregner kunne danne 117 meter av den superthin-ledende kabelen.
Selv om organismene foreløpig har vært taksonomisk plassert i en eksisterende bakteriefamilie, sier forskerne at de er radikalt forskjellige fra andre bakterier vi har funnet så langt. "De er så forskjellige at de sannsynligvis bør betraktes som en ny slekt, " sa Nielsen til Ed Yong på Discover ' s Not Exactly Rocket Science, og la merke til at de bare deler 92 prosent av sitt DNA med andre arter i familien.
I samme stykke peiket Nielsen også på muligheten for at den hittil uoppdagede arten kan være mye mer allestedsnærværende enn nå kjent. “De ser ut til å være den optimale organismen hvor som helst der du mangler oksygen. Hvorfor er de ikke overalt? ”Spurte Nielsen. "Eller er de overalt?"
