الاحياء / بنى باحثون أمريكيون جهازا يترجم نشاط البكتيريا من عائلة "التي تتنفس الحديد" إلى تيار كهربائي
يوفال درور
أعلن علماء أميركيون من جامعة ماساتشوستس هذا الأسبوع أنهم نجحوا في بناء نموذج أولي لجهاز قادر على ترجمة النشاط البيولوجي للبكتيريا (البكتيريا، أحد أنواع البكتيريا) إلى تيار كهربائي. وعلى الرغم من أن القوة الحالية منخفضة، إلا أن النموذج الأولي قادر على العمل دون انقطاع ولفترة غير محدودة من الزمن - طالما أن البكتيريا تتلقى إمدادات من السكر.
وتم اكتشاف البكتيريا التي يعتمد عليها الجهاز، "Rhodoferax Ferrireducens"، أثناء الحفر في أويستر باي، فيرجينيا. وينتمي إلى عائلة "التنفس الحديدي"، وقد سميت بهذا الاسم لأنها تعتمد على الحديد للبقاء على قيد الحياة - وليس على الأكسجين. وتتميز هذه البكتيريا بقدرتها على تحطيم السكريات بشكل كامل، دون استخدام الأكسجين. فهو في بيئته الطبيعية يقوم بتكسير السكريات كجزء من عملية "التنفس" - وهي عملية كيميائية حيوية يتم فيها تكسير الجلوكوز (سكر العنب) ونقل الإلكترونات الزائدة من جزيء الجلوكوز إلى مركب الحديد في البيئة. يؤدي نقل الإلكترونات إلى توليد طاقة تسمح للبكتيريا بالوجود ويتم إطلاقها على شكل حرارة.
قرر العلماء الذين نشروا أبحاثهم في العدد الأخير من مجلة "الطبيعة"، أن التكنولوجيا الحيوية قررت الاستفادة من عملية نقل الإلكترونات لتوليد الكهرباء. لقد قاموا بزراعة مستعمرة من Rhodoprax pyridoscens على قطب الجرافيت، والذي تم وضعه في وعاء زجاجي مغلق يحتوي على محلول الجلوكوز. وفي وقت قصير، بدأت البكتيريا عملية تحطيم الجلوكوز وأطلقت الإلكترونات إلى القطب. ونتيجة لذلك، يتم شحن القطب بشحنة سالبة. عندما قام الباحثون بتوصيل القطب المشحون بالقطب الثاني بكابل، تم إنشاء تيار كهربائي.
وبحسب الباحثين، فإن هذه ليست المرة الأولى التي تتم فيها محاولة الاستفادة من العملية الطبيعية لإطلاق الإلكترونات في عملية "التنفس" للبكتيريا، لكن في المحاولات السابقة، لم يتم إطلاق سوى نسبة قليلة من الإلكترونات قادرة على أن يتم نقلها إلى الجهاز الذي استقبلهم. هذه المرة تمكن الباحثون من ماساتشوستس من استخدام 80% من الإلكترونات المتولدة في هذه العملية.
لكن لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه، حتى يأتي اليوم الذي تقدم فيه متاجر الإلكترونيات كيسًا من البكتيريا كبديل للبطاريات: العملية بطيئة جدًا وقوة التيار الكهربائي المتولد منخفضة. "على الرغم من أن العملية فعالة، إلا أنها بطيئة وليست تدفقًا كبيرًا. وكتب الباحثون أنه بالكاد يكفي لتشغيل الآلة الحاسبة. لكنهم لاحظوا أن استبدال القطب الكهربائي بآخر مختلف، والذي يسمح لمزيد من البكتيريا بلمسه، يزيد من قوة التيار. النموذج الأولي الذي صنعه عمل لمدة 25 يومًا دون انقطاع، وهو قادر على تشغيل لمبة بقدرة 60 واط لمدة 17 ساعة - بكوب واحد من السكر.
الميزة الرئيسية لهذه العملية هي أنها طبيعية تمامًا. هناك العديد من السكريات المختلفة في الطبيعة، وتظهر اختبارات الباحثين أن البكتيريا تعرف كيفية تفكيكها. وتأمل وزارة الدفاع الأمريكية، التي مولت جزءا من البحث، أن تتيح البكتيريا تشغيل المعدات الموجودة في المناطق النائية دون صيانة منتظمة لاستبدال البطاريات - كما هو الحال في الميكروفونات تحت الماء. والأكثر من ذلك: يمكن استخدام الأجهزة الكهربائية المعتمدة على نشاط البكتيريا في المستقبل البعيد كحل للتجمعات السكانية البعيدة عن أي مصدر آخر للكهرباء.
ويحاول العلماء الآن استخدام أساليب الهندسة الوراثية لجعل البكتيريا تنتج المزيد من الكهرباء. وذكرت صحيفة "بوسطن غلوب" أن شركة واحدة على الأقل اتصلت بالعلماء من أجل التحقق مما إذا كان من الممكن إنتاج الكهرباء من فضلات الخنازير. وقال أستاذ علم الأحياء الدقيقة ديريك لولي من جامعة ماساتشوستس: "هناك مشهد في فيلم "العودة إلى المستقبل" حيث يقوم الأبطال بإلقاء قشر الموز في خزان الوقود بالسيارة وانطلقوا". وأضاف: "لم نصل بعد إلى هذه المرحلة، لكننا خطونا خطوة كبيرة إلى الأمام".
