La luz acelera la conducción en la ‘red eléctrica’ de la naturaleza

El mundo natural tiene su propia red eléctrica interna que consiste en una red global de nanocables generados por bacterias microscópicas en el suelo y los océanos que «respiran» exhalando el exceso de electrones.

En un nuevo estudio, investigadores de la Universidad de Yale descubrieron que luz Es un aliado sorprendente para mejorar esta actividad electrónica dentro de las biopelículas bacterianas. Descubrieron que exponer los nanocables producidos por las bacterias a la luz condujo a un aumento de 100 veces en la conductividad eléctrica.

Los resultados se publicaron el 7 de septiembre en la revista Conexiones con la naturaleza.

«Los dramáticos aumentos de corriente en los nanocables expuestos a la luz muestran una corriente de luz fuerte y constante que dura horas», dijo el autor principal Nikhil Malvankar, profesor asociado de Biofísica Molecular y Bioquímica (MBB) en el Instituto de Ciencias Microbianas de la Universidad de Yale en Campus Oeste de Yale.

Los hallazgos podrían proporcionar nuevos conocimientos a medida que los científicos buscan formas de explotar esta corriente eléctrica oculta para una variedad de propósitos, desde eliminar los desechos biológicos hasta crear nuevas fuentes de combustible renovable.

Todos los seres vivos respiran oxígeno para deshacerse del exceso de electrones al convertir los nutrientes en energía. Sin embargo, sin acceso al oxígeno, las bacterias del suelo que viven en las profundidades de los océanos o enterradas bajo tierra durante miles de millones de años han desarrollado una forma de respirar «inhalando metales», como bucear, a través de diminutas hebras de proteínas llamadas nanocables.

Cuando las bacterias se expusieron a la luz, el aumento de la corriente eléctrica sorprendió a los investigadores porque la mayoría de las bacterias analizadas se encuentran en lo profundo del suelo, fuera del alcance de la luz. Estudios anteriores habían demostrado que cuando se exponen a nanocables ligeros, las bacterias crecen más rápido.

«Nadie sabe cómo sucede esto», dijo Malvankar.

En el nuevo estudio, un equipo de la Universidad de Yale dirigido por el investigador postdoctoral Jens Niu y la estudiante graduada Catherine Chips descubrió que una proteína que contiene minerales conocida como citocromo omex, que se compone de nanocables bacterianos, actúa como un fotoconductor natural: los nanocables. facilitan enormemente el transporte de electrones cuando las biopelículas se exponen a la luz.

«Es una forma completamente diferente de fotosíntesis», dijo Malvankar. “Aquí, la luz acelera el proceso de respiración bacterias debido a la rápida transferencia de electrones entre los nanocables”.

El laboratorio de Malvankar explora cómo este conocimiento de las bacterias conexión eléctrica Se pueden usar para estimular el crecimiento en optoelectrónica, un subcampo de la fotónica que estudia dispositivos y sistemas que encuentran y controlan la luz, y capturan metano, gases de invernadero Conocido como un importante contribuyente a cambio climático global.

Los otros autores del artículo son Matthew Guberman Pfeffer, Kong Shen, Vishuk Srikanth, Sibel Ebru Yalchin del Laboratorio Malvankar en Yale; Jacob Space y el profesor Gary Brodwig y el profesor Victor Batista del Departamento de Química de la Universidad de Yale; y Nathan Kirschover de Oxford Instruments.