Een levende batterij ontdekt in de Noordzee
Lange draadvormige bacteriën die elektriciteit produceren en zo de zeebodem laten werken als een elektrochemische batterij. Het klinkt vreemd, maar het is een recente ontdekking van een internationaal team van mariene onderzoekers van de Vrije Universiteit Brussel (VUB) en het NIOZ Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee. Deze 'levende batterijen' werden eerst ontdekt voor de kust bij Oostende in de Noordzee en in de Nederlandse Delta (Oosterschelde en Grevelingen). Maar het proces komt wereldwijd voor, en heeft een grote impact op het ecosysteem van de zeebodem.
Een verrassing in de zeebodem
In 2010 werd in een laboratoriumexperiment een bacterie ontdekt, die elektriciteit maakt en elektronen over een lange afstand kan geleiden. Uit nieuw onderzoek, gepubliceerd in het ISME Journal (een toptijdschrift voor microbiologie), blijkt nu dat deze bacteriën geen laboratorium curiosum zijn, maar wijdverspreid voorkomen in de oceaan. "Door gericht op zoek te gaan in de Noordzee en het Deltagebied, hebben we ontdekt dat er in de zeebodem écht bacteriën voorkomen die elektriciteit maken" legt teamleider prof. dr. ir. Filip Meysman uit. "Door vervolgens te gaan pluizen in genetische archieven, weten we dat deze micro-organismen in allerhande habitats in de oceaan voorkomen, zoals in mangrove moerassen, de zeebodem onder visboerderijen en zelfs in hydrothermale bronnen in de diepe oceaan. Het toont aan dat er nog steeds echt nieuwe ontdekkingen kunnen plaatsvinden in de zeebodem, zelfs hier in de Noordzee."
Een volledig biologische batterij
De elektrochemische batterij werd in 1800 uitgevonden door Alessandro Volta en wordt algemeen gezien als een sterk staaltje menselijk vernuft. Uit het nieuwe onderzoek blijkt nu dat lange draadvormige bacteriën in de zeebodem dit kunstje reeds miljoenen jaren onder de knie hebben. Het maken van een natuurlijke batterij levert deze bacteriën een groot voordeel op in de competitie voor energierijke voedingsstoffen. "De bacteriën zijn 100 keer dunner dan een haar en vormen een langgerekte spaghettistreng van duizenden cellen die elektronen aan elkaar doorgeven" legt Meysman uit. "Door elektriciteit te produceren halen deze bacteriën op ingenieuze manier hun energie uit de zeebodem. Het onderste deel van de streng zit enkele centimeters diep begraven in de zeebodem en haalt daar elektronen uit energierijke zwavelverbindingen. Vervolgens worden de elektronen van cel naar cel doorgegeven. Bovenaan worden de elektronen door andere cellen weer afgegeven aan zuurstof, dat slechts aanwezig in een heel dun laagje aan het oppervlak van de zeebodem. Het gevolg is dat er een elektrische stroom ontstaat in de zeebodem, van beneden naar boven. Het is de eerste keer dat een degelijke biologische batterij in de natuur is aangetroffen."
Een nieuwe vorm van leven
Alle levende cellen hebben energie nodig en hun energievoorziening gebeurt op een soortgelijke manier, van bacteriën tot olifanten. De regel is 'ieder voor zich', elke levende cel maakt zijn eigen energie. De nieuw ontdekte bacteriën zijn uniek omdat de verschillende cellen van de bacterie met elkaar samenwerken voor hun energievoorziening, waarbij verschillende cellen instaan voor een deel van de energievoorziening. "Dit mechanisme, waarbij bacteriën elektriciteit maken en elektronen transporteren over grote afstanden, slaat microbiologen met verbazing." vertelt Meysman verder. "Het verandert volledig ons beeld van hoe cellen kunnen samenwerken. Het is alsof je twee broers hebt, waarvan de ene alleen inademt en de andere alleen uitademt. Het toont aan hoe inventief biologische evolutie kan zijn."
Bacteriële smartphones
Het efficiënt geleiden van elektriciteit in organische materialen is de heilige graal van de materiaalkunde. Er wordt veel onderzoek naar gedaan, onder meer om lichte en flexibele zonnecellen te kunnen ontwerpen. Nu blijkt dat een bacterie uit de zeebodem dit trucje al uitgevonden heeft. "Als we weten hoe onze bacteriën dit voor elkaar krijgen, biedt dit mooie kansen voor vernieuwend onderzoek naar bio-elektrische materialen en toepassingen" legt Meysman uit "Misschien draait een smartphone binnen 10 jaar wel op miniscule geleidende bacteriedraadjes."
