علماء يكتشفون تولّد الكهرباء من ميكروبات وبكتيريا المعدة وسيصنعوا منها «بطارية حية»

ربما تمتلك الميكروبات في معدتك سراً مدهشاً، فقد وجد العلماء أن العديد من أنواع البكتيريا قادرة على إنتاج الكهرباء.

وبحسب صحيفة الإندبندنت” البريطانية، اكتشف علماء من جامعة كاليفورنيا في بيركلي أن البكتيريا الليسترية، التي تلوث الطعام وتتسبب في الإصابة بداء الليستريات، تبدأ في إنتاج الطاقة الكهربية في ظل ظروف بيئية معينة؛ مثل نقص الأوكسجين.

تولّد الكهرباء بالفعل

إذا سُمح لها بالتكاثر في قارورة بها أقطاب كهربية، تنتج هذه البكتيريا تياراً كهربياً قابلاً للقياس. ويبحث العلماء في طرقٍ لتحسين هذه العملية واستغلالها من أجل توليد الكهرباء في محطات معالجة النفايات أو تزويد الأجهزة الإلكترونية الصغيرة بالطاقة.

في السابق كان يعتقد أن نوعاً وحيداً من البكتيريا وهي البكتيريا «الإلكتروجينية electrogenic» من تستطيع العيش في بيئات قاسية وغنية بالمعادن، مثل المناجم الحمضية وقيعان البحيرات.

وتصنع الشرر الكهربائي

وجد فريق بيركلي أمثلة وافرة على بكتيريا كلوستريديوم المسببة للغرغرينا، وسلالات معدية مكتسبة من المستشفيات قادرة على صنع الشرر الكهربي.

وجدوا أيضاً هذه الخصائص في أنواع البكتيريا المفيدة، مثل بكتيريا اللاكتوباسيلس -العصية اللبنية- الموجودة في مشروبات البروبيوتيك التي تستخدم لتعزيز الصحة وتستخدم في إنتاج اللبن الرائب والجبن.

يمكن أن تصيبنا بالعدوى أو تعزز صحتنا

قال البروفيسور دان بورتنوي، خبير البيولوجيا الميكروبية وأحد المشاركين في الدراسة التي نشرت في مجلة Nature أمس الأربعاء: «إن حقيقة أن العديد من الميكروبات تتفاعل مع البشر، إما كمسببات للأمراض، أو في البروبيوتيك (المتممات الغذائية)، أو في المجهريات الأمعائية الخاصة بنا، أو تشارك في تخمير منتجات خاصة بالبشر، هي بكتيريا إلكتروجينية منتجة للكهرباء؛ لكن ذلك لم يلاحظ من قبل.

يمكن أن يخبرنا هذا الكثير عن كيف يمكن لهذه البكتيريا أن تصيبنا بالعدوى، أو كيفية مساعدتها لنا في تعزيز صحة الأمعاء».

تتنفس المعادن وتنتج الإلكترونات الكهربائية

تُنتج البكتيريا الكهرباء كجزءٍ من عملية الأيض الخاصة بها. في البشر، تستخدم خلايانا الأوكسجين الذي نتنفسه من أجل نقل الإلكترونات الحاملة للطاقة الموجودة في السكريات والجزيئات الأخرى في غذائنا، لتغذية كل خلية.

لكن لا تمتلك البكتيريا أحادية الخلية التي تعيش في بيئات قليلة الأوكسجين هذا الخيار.

إذ يجب عليها استخدام عناصر كيميائية مختلفة لتعزيز تدفق الإلكترونات ذاك. في حالة البكتيريا الإلكتروجينية الموجودة في البحيرات الحمضية أو المناجم، فهي تتنفس فعلياً المعادن مثل الحديد أو المنغنيز، كما يتنفس البشر الأوكسجين.

وبما أن هذه المعادن تقع خارج الخلية فإن على الإلكترونات أن تتدفق خلال عدة خطوات للوصول إليها؛ وهي إلكترونات داخلية توصل التيار كما تفعل على طول الأسلاك النحاسية.

أما جراثيم الأمعاء، فعندما تحرم من الأوكسجين، فإنها تحصل عادة على وفرة منه بواسطة مستقبِل إلكترون فعّال جداً يسمى الفلافين. يتكون هذا الجزيء من فيتامين ب 12 الذي يعتبر ضرورياً لعمل جميع خلايانا، وهو غالباً ما يكون وفيراً في الجسم.

وتنتج كميات معقولة من الكهرباء

ووجد الباحثون أن بكتيريا الأمعاء تنتج كميات كبيرة من الكهرباء، حوالي 500 ميكروأمبير، مثل تلك التي تستخدم تبادل المعادن على الرغم من الطريقة المبسطة.

وقال الدكتور سام لايت، وهو أول المشاركين في الدراسة: «يبدو أن بنية الخلية لهذه البكتيريا والموضع الإيكولوجي الغني بالفيتامينات الذي تحتله؛ يجعل من الأسهل والأكثر فعالية من حيث التكلفة لنقل الإلكترونات خارج الخلية».

«نعتقد أن البكتيريا التي تتنفس المعادن تستخدم نقل الإلكترونات خارج الخلية لأنه أمر حيوي للبقاء على قيد الحياة، في حين أن هذه البكتيريا المكتشف إنتاجها للكهرباء حديثاً تستخدمه لأنه (سهل)».