Twee jaar geleden bestudeerde microbioloog Lars Peter Nielsen van de universiteit van Aarhus in Denemarken de modder op de zeebodem van de haven van de stad toen hij iets onverwachts ontdekte: de modder stroomde over met detecteerbare niveaus van elektriciteit. Destijds vermoedden hij en zijn collega's dat de elektrische stroom te wijten zou kunnen zijn aan een soort extern transportnetwerk tussen individuele bacteriën of andere microscopische organismen.
De waarheid, beschreven in een artikel dat gisteren in Nature is gepubliceerd , is zelfs nog verrassender. "Onze experimenten toonden aan dat de elektrische verbindingen in de zeebodem solide structuren moeten zijn, gebouwd door bacteriën, " zei promovendus Christian Pfeffer, de hoofdauteur van het papier, in een persbericht. Zijn team, in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Zuid-Californië, vond een nieuw type meercellige bacteriën die zich gedragen als elektrische kabels, in staat om elektriciteit over een afstand van enkele centimeters te geleiden, een veel grotere overspanning dan wetenschappers eerder hadden gedacht.
De groep ontdekte de bacteriën, die tot de familie Desulfobulbaceae behoren, door zeebodemmodder onder een microscoop te onderzoeken. Omdat de bacteriën zo klein en fragiel zijn - honderd keer dunner dan een mensenhaar - is er geen manier om de elektrische stroom die ze voeren direct te meten, maar de onderzoekers vonden verschillende soorten indirect bewijs dat ze wel elektriciteit geleiden.
De bacteriën zijn verticaal uitgelijnd in het sediment en toen niet-geleidende wolfraamstrengen horizontaal over de bacteriën werden getrokken, kortsloten de bacteriën en werd de elektrische stroom verstoord (zoals een graafmachine die door begraven kabels sneed). Bovendien, toen filters werden geplaatst om de groei van de bacteriën te blokkeren, werd de elektrische stroom uitgeschakeld, tenzij de poriën van het filter groot genoeg waren om de bacteriën door te laten groeien.
Opmerkelijk is dat de bacteriën onder een microscoop een beetje lijken op de kabels die in elektrische apparaten worden gebruikt. Binnen elke bacterie lopen 15 tot 17 verschillende vezels in de lengte, die elk in staat zijn elektriciteit te geleiden. De lange vezels bestaan uit vele verbonden cellen, elk slechts een micrometer lang.
Een dwarsdoorsnede van de bacteriën onthult de afzonderlijke geleidende vezels die over hun lengte lopen, die zich in elke cel bevinden. (Afbeelding door Karen E. Thomsen) Een natuurlijke vraag om te stellen is waarom bacteriën de moeite zouden nemen om het ongebruikelijke vermogen om elektriciteit te geleiden te ontwikkelen. Het antwoord kan net zo fascinerend zijn als de bacteriën zelf. Het blijkt dat slechts een paar centimeter onder de zeebodem een rijke, grotendeels onaangeboorde energiebron is: negatief geladen zwavelatomen, sulfiden genaamd.
De reden dat de meeste organismen de energie van deze chemicaliën niet kunnen oogsten, is dat de omringende modder grotendeels zuurstofvrij is. Er is een energierijke voedselbron voor elektronendonor aanwezig, maar organismen hebben zuurstof nodig om de reserve-elektronen te accepteren als onderdeel van de energie-oogstvergelijking die bekend staat als ademhaling. Het is analoog aan onze behoefte om zowel voedsel (de sulfiden) te eten als lucht (de zuurstof) in te ademen om te overleven.
De bacteriën lossen dit probleem op door de afstand tussen hun voedsel en hun zuurstofbron te overbruggen met een circuit dat elektronen kan dragen. Aan de onderkant oogst het organisme energie van de sulfiden en stuurt vervolgens de elektronen naar boven. Bovenaan, in de buurt van het zuurstofrijke zeewater, kan het de overvloedige beschikbare zuurstof gebruiken om te ademen.
De bacteriën geleiden elektronen verticaal, waardoor een energiereservoir en een zuurstofbron samenkomen. (Afbeelding via de natuur) Dientengevolge zijn de bacteriën tot nu toe alleen in anaërobe zeebodemsedimenten aangetroffen - maar in deze omgevingen vond het onderzoeksteam er maar liefst een groot aantal. Gemiddeld vonden ze in elke kubieke centimeter van het geteste sediment 40 miljoen cellen van dit type bacteriën, een hoeveelheid die ze konden berekenen 117 meter van de superdunne geleidende kabel.
Hoewel de organismen voorlopig taxonomisch in een bestaande bacteriefamilie zijn geplaatst, zeggen de onderzoekers dat ze radicaal verschillen van alle andere bacteriën die we tot nu toe hebben gevonden. "Ze zijn zo verschillend dat ze waarschijnlijk als een nieuw geslacht moeten worden beschouwd, " vertelde Nielsen aan Ed Yong van Discover 's Not Exactly Rocket Science en merkte op dat ze slechts 92 procent van hun DNA delen met andere soorten in de familie.
In hetzelfde stuk overpeinsde Nielsen ook de mogelijkheid dat de tot nu toe onontdekte soort veel alomtegenwoordiger is dan nu bekend. “Ze lijken het optimale organisme te zijn op elke plaats waar je zuurstof tekort komt. Waarom zijn ze niet overal? 'Vroeg Nielsen. "Of zijn ze overal?"
