[29/10/2012] News
Gli incredibili "batteri-cavo" che producono elettricitą sul fondale marino
Nel 2009 alcuni ricercatori avevano scoperto correnti elettriche che attraversano il fondo marino, ma non avevano idea di cosa le stesse causando: ora Nature pubblica l'incredibile studio "Filamentous bacteria transport electrons over centimetre distances", nel quale un team di ricercatori dell'università danese di Aarhus e di quella della Southern California hanno svelato il mistero della corrente elettrica scoperta in alcuni fondali marini.
Secondo la ricerca «il consumo di ossigeno nei sedimenti marini è spesso accoppiato alla ossidazione di solfuro prodotta dalla degradazione della sostanza organica a maggiori profondità, in strati privi di ossigeno. Le osservazioni geochimiche hanno dimostrato che questo accoppiamento può essere mediato da correnti elettriche trasportate da trasportatori di elettroni non identificati attraverso zone ampie centimetri».
Lo studio presenta la prova che i conduttori sono lunghi batteri filamentosi. «Abbondavano nelle zone del sedimento con correnti elettriche e la lungo la loro lunghezza contenevano stringhe con proprietà distinte, in accordo con la funzione di trasportatori di elettroni. I cavi elettrici viventi aggiungono una nuova dimensione alla comprensione delle interazioni in natura e potrebbero essere utilizzati a anche nello sviluppo della tecnologia». La scoperta potrebbe infatti portare a una nuova classe di elettronica organica, compresi dispositivi che potrebbero essere impiantati nel corpo umano.
«Se un simile tipo di batteri o altri microrganismi potessero essere progettati - spiegano i ricercatori - questi sistemi biologici potrebbero essere utilizzati per condurre corrente nei dispositivi elettronici avanzati, o anche in dispositivi protesici per gli esseri umani».
Quindi nel mare di Aarhus ci sono i batteri che funzionano come cavi elettrici viventi: un eccezionale caso di ingegneria biologica e gli scienziati hanno confermato che ogni minima sezione dei batteri contiene un fascio di fili isolati che conduce una corrente elettrica da un capo all'altro. Nils Risgaard-Petersen, Christian Pfeffer ed i loro colleghi dell'università di Aarhus University avevano cominciato a sospettare qualcosa quando avevano notato la comparsa di un tipo sconosciuto di lunghi batteri multicellulari che erano sempre presenti quando constatavano le correnti elettriche. Guardandoli più da vicino, hanno notato che i batteri, che sono cento volte più sottili di un capello umano, contenevano stringhe nanometriche racchiuse da una membrana ed hanno concluso che questo strano organismo funzionava come un cavo elettrico, con tanto di isolante e fili e con una struttura è molto simile ai cavi elettrici che utilizziamo ogni giorno.
I batteri farebbero parte della famiglia Desulfobulbaceae, ma le differenze con i membri noti di questo gruppo sono notevoli. Secondo Pfeffer «sono così diversi che dovrebbe probabilmente essere considerati un nuovo genere». Le cellule batteriche Desulfobulbus, che sono solo pochi millesimi di millimetro ciascuna, sono talmente piccole da essere invisibili a occhio nudo, si trovano solo nel fango privo di ossigeno, ma dove esistono ce ne sono un sacco: in media, Pfeffer ha trovato 40 milioni di cellule in un centimetro cubo di sedimento.
Secondo i ricercatori danesi-statunitensi questo tipo di evoluzione dà al batterio un netto vantaggio rispetto ad altri microbi oceanici che su fondale marino indisturbato possono produrre masse di decine di migliaia di chilometri di "cavi" infinitamente sottili in un solo metro quadrato. La capacità di condurre una corrente permette loro di disporre delle grandi quantità di energia emesse dalla decomposizione delle sostanze nei fondali marini. Un solo cucchiaino di fango può contenere più di un chilometro di questi cavi elettrici viventi.
Un'altra caratteristica unica dei batteri è che possono mantenere un calore efficiente anche in un fondale privo di ossigeno e lo fanno formando una catena che permette ad un singolo batterio di estendersi verso una zona di mare ricca di ossigeno, il che spesso richiede pochi millimetri. Ogni cella è solo un milionesimo di un metro di lunghezza, ma insieme, possono allungarsi per centimetri. Secondo Nielsen ogni cavo può essere considerato come un singolo individuo, composto di molte cellule. «Per me, è ovvio che sono batteri pluricellulari. E' stata una vera sorpresa. Non era una delle nostre ipotesi. Queste distanze sono un paio di centimetri di lunghezza, non immaginavamo ci sarebbe stato un organismo in grado di attraversare l'intero divario».
Fino a non molto tempo fa, gli scienziati pensavano che i microbi potessero inviare elettroni solo su brevi distanze, al massimo nanometri (un miliardesimo di metro), ma nel 2005, Gemma Reguera e Derek Lovley scoprirono una specie chiamata Geobacter sulfurreducens che può inviare gli elettroni a più micrometri (milionesimi di metro) con estensioni simili a capelli (pili o nanofili) dimostrando poi che le reti potrebbero inviare gli elettroni su distanze molto più grandi: 100 micrometri, quindi un millimetro, e poi un centimetro. Secondo alcuni scienziati i batteri potrebbero produrre correnti su lunga distanza.
Le "nuove" Desulfobulbus nelle giuste circostanze formano un filamento che può trasmettere elettroni a centimetri di distanza durante il processo di respirazione del filamento e di quelli di ingestione. Moh El-Naggar, dell'university of Southern California, sottolinea che prima della scoperta «Spostare gli elettroni su queste enormi distanze sarebbe stato considerato impossibile in un sistema completamente biologico». Quando avviene la "combustione", c'è un trasferimento degli elettroni del cibo all'ossigeno. I batteri gestiscono questo trasferimento ad una distanza di circa un centimetro. E, come per ogni cavo elettrico, qualsiasi disturbo può portare ad una rottura fatale ed alla fine della corrente.
Analizzandoli i "nuovi" batteri-cavo con un microscopio elettronico, il team danese ha visto che hanno una serie di 15 o 17 "creste" che corrono lungo la loro lunghezza e che visti trasversalmente sembrano ingranaggi. I batteri sembrano anche di condividere una membrana esterna, che si estende su tutto il filamento, come la pelle delle salsicce. Nielsen pensa che le creste sono canali per l'invio di elettroni da una cella all'altra e la membrana in comune una guaina isolante. «Somigliano molto ai nostri cavi elettrici». Ma è solo una supposizione. Non è chiaro che cosa siano le "creste" e Nielsen sta cercando di scoprire come esattamente i batteri canalizzino i loro elettroni. Questa è solo una delle tante domande senza risposta del funzionamento di questa incredibile comunità "aliena".