Вместе с коллегами из Нидерландов и Австрии, исследователи из Орхусского университета использовали лазерную спектрометрию в качестве современного вольтметра, чтобы следовать за электронами через кабельные бактерии по большим расстояниям миллиметра; расстояния, которые в тысячу раз более долги, чем ранее измеренный в любом живом организме.Используя их измерения, исследователи могут также вычислить потерю напряжения через отдельную кабельную бактерию (приблизительно 12-14 милливольт за мм), и таким образом также вычислить, как далеко вниз в бескислородное морское дно они могут достигнуть, не теряя их способность провести электричество: «Они будут в беде, если они будут простираться далее, чем 3 см вниз в осадок. В принципе отдельные бактерии могут быть более длинными, чем 3 см, но тогда они должны блуждать вверх и вниз, так, чтобы они чередовались между богатой кислородом и бескислородной окружающей средой в осадке», объясняет профессор Андреас Шрамм от Центра Electromicrobiology (CEM) в Орхусском университете.Грязная картина
Центр фундаментального исследования CEM был открыт в 2017, чтобы найти ответы на некоторые вопросы, которые распространились после открытия этих живущих электрических кабелей в морском дне под Bugt Орхуса семь лет назад.Как живущая биологическая структура может действовать как эффективный электрический проводник? Как кабельная бактерия распределяет энергию между клетками? И как они используют энергию?
В то время у исследователей буквально только была грязная картина того, что продолжалось у этих длинных, тонких бактерий. Бактерии транспортируют электроны от бескислородной грязи несколько сантиметров вниз в морском дне к богатой кислородом грязи и илу на поверхности, позволяющей им поесть с одним концом и дышать с другим.
… сделан более ясным с лазерным светомПринеся живые кабельные бактерии под микроскопом и выставленный их резонансу спектроскопия Рамана, исследовательская группа дошла ближе до одного из ответов. Их результаты изданы в научном 7-м журнале PNAS on May.
Спектроскопия Рамана освещает молекулы лазерным светом. Плотность распределения рассеянного света позволяет прочитать энергетический уровень молекул.«В этом контексте мы использовали инструмент в качестве современного вольтметра, для которого мы были нацелены к определенному типу белков, цитохромов, в кабелях», сказал первый автор публикации, Джеспер Т. Бджерг, студент доктора философии в Орхусском университете.
Прекращение подачи электроэнергииГлава CEM, профессор Ларс Питер Нильсен, объясняет.«Все живые клетки перемещают электроны и пытаются припарковать их в так называемых цитохромах. Чем больше свободных парковочных мест там, тем выше электрический потенциал.
С нашим современным вольтметром мы теперь измерили доступные парковочные места и таким образом электрический потенциал каждого цитохрома вдоль проводов отдельных кабельных бактерий, в то время как эти провода проводят электроны от одного конца бактерий к другому. Наши измерения показали самый низкий потенциал в клетках в конце, где электроны от источника пищи загружались, и самый высокий потенциал в противоположном конце, где электроны разгружались к кислороду».В части исследования исследователи отключают верхний конец бактерий (т.е. конец, который передает электроны кислороду в воде) с лазером. Это привело к быстрому снижению электрического потенциала в остающейся части бактерий, указав, что парковочные места в цитохромах были заполнены электронами, которые не могли стать дальнейшими из-за сокращения электричества.
«Это – первый раз, когда перенос электронов был продемонстрирован у отдельных кабельных бактерий. В то же время мы использовали известный метод, доказывая результаты наших начальных измерений с нетрадиционными методами в непрозрачных колонках грязи», сказал Ларс Питер Нильсен.