光加速土壤和海洋中细菌产生的纳米线的导电性

自然界拥有自己的固有电网，由土壤和海洋中由微小细菌产生的纳米线组成的全球网络组成，这些纳米线通过呼出多余的电子来“呼吸”。

在一项新研究中，耶鲁大学的研究人员发现，光是促进生物膜细菌内这种电子活动的令人惊讶的盟友。他们发现，将细菌产生的纳米线暴露在光线下，可使电导率提高100倍。

研究结果于9月7日发表在《自然通讯》杂志上。

耶鲁大学西校区微生物科学研究所分子生物物理学和生物化学(MBB)副教授、资深作者NikhilMalvankar说：“暴露在光下的纳米线电流急剧增加，显示出稳定而强大的光电流，可持续数小时。”

随着科学家们寻求将这种隐藏的电流用于各种目的的方法，从消除生物危害废物到创造新的可再生燃料来源，这些结果可能会提供新的见解。

在将营养物质转化为能量时，几乎所有生物都会呼吸氧气以去除多余的电子。然而，在没有氧气的情况下，生活在海洋深处或埋在地下数十亿年的土壤细菌已经开发出一种通过“呼吸矿物质”呼吸的方式，如浮潜，通过称为纳米线的微小蛋白质丝。

当细菌暴露在光线下时，电流的增加让研究人员感到惊讶，因为大多数被测试的细菌都存在于土壤深处，远离光线。先前的研究表明，当暴露在光下时，产生纳米线的细菌生长得更快。

“没人知道这是怎么发生的，”Malvankar说。

在这项新研究中，由博士后研究员JensNeu和研究生CatharineShipps领导的耶鲁团队得出结论，一种被称为细胞色素OmcS的含金属蛋白质——构成细菌纳米线——充当天然光电导体：纳米线极大地促进了电子转移生物膜暴露在光线下。

“这是一种完全不同的光合作用形式，”Malvankar说。“在这里，由于纳米线之间的快速电子转移，光正在加速细菌的呼吸。”

Malvankar的实验室正在探索如何利用对细菌电导率的这种洞察力来刺激光电子学的发展——光子学的一个子领域，研究发现和控制光的设备和系统——并捕获甲烷，甲烷是一种众所周知的温室气体，对全球气候变化有重要贡献。气候变化。