умные бактерии

Кабельные бактерии впервые обнаружила в 2009 году команда Ларса Петера Нильсена, электромикробиолога из Орхусского университета в Дании. С тех пор этих необычных микробов находят повсюду — в донных отложениях озёр, рек и морей по всему миру.
Они питаются серосодержащими соединениями, которые образуются при разложении органики, например, сероводородом. Бактерии извлекают из сероводорода электроны и передают их на молекулярный кислород, который находится в растворённом виде в верхнем слое ила. При этом электроны переходят из состояния с более высокой энергией в состояние с более низкой, а бактерии используют часть высвобождающейся энергии для собственного роста.

Однако если сероводород находится на дне водоёма, а кислород — у поверхности, как же бактерии получают доступ к обоим веществам? Они нашли гениальное решение: делясь, клетки выстраиваются в длинные нити, похожие на тонкие провода, и образуют единый «суперорганизм» с общей клеточной оболочкой (рис. 1).

Такие живые «провода» достигают 5 см в длину и состоят из около 25 тыс. клеток, работающих как единое целое, а один квадратный метр ила способен содержать до 20 тыс. километров «бактериальных проводов». При этом кабельные бактерии не просто проводят ток — они изменяют химию донных отложений, ускоряя превращение минералов, перераспределяя питательные вещества и повышая кислотность в глубинных слоях.

Рис. 1. Источник изображения: [2]

Долгое время структура «бактериальных проводов» оставалась загадкой, но группе химического инженера Филипа Мейсмана из Антверпенского университета удалось выделить отдельные «провода» и детально их изучить. С помощью электронной микроскопии исследователи выяснили, что поверхность «бактериального провода» покрыта десятками продольных бороздок, в которых проходят токопроводящие нити толщиной около 50 нанометров — в тысячу раз тоньше человеческого волоса. При ещё большем увеличении оказалось, что каждая такая нить состоит из более мелких пучков переплетённых «нанолент».

Далее, используя рентгеновскую спектроскопию, рентгенофлуоресцентный анализ и компьютерное моделирование, учёные выяснили, как бактерии создают такие наноленты. Микроорганизмы извлекают следовые количества никеля из окружающей среды и соединяют атомы металла с серосодержащими органическими молекулами, создавая плоские никелевые пластины. Эти пластины объединяются в наноленты, которые затем свиваются в пучки, формируя гибкие провода, похожие на металлический сердечник обычного кабеля. «Поразительно, насколько эволюция оптимизировала эту структуру», — отмечает Нильсен.

Работа опубликована в виде препринта на bioRxiv и пока не прошла рецензирование, однако результаты уже вызвали интерес у микробиологов. По словам Ларса Петера Нильсена, открывшего кабельных бактерий, результаты «очень впечатляют», а другой ученый из Массачусетского университета в Амхерсте считает это в целом «уникальным явлением для биологии».

Как отмечают исследователи, это первый пример природного металлоорганического каркаса. Подобные материалы с пористой структурой давно интересуют химиков и даже удостоились Нобелевской премии по химии в 2025 году. Они ценны тем, что их можно «настроить» для улавливания конкретных молекул, например, для хранения водорода или метана или поглощения углекислого газа из воздуха.

Хотя химики уже умеют синтезировать подобные проводящие нанонити из никеля и органических соединений, проводимость никелевых пластин, созданных кабельными бактериями, в 100 раз выше, чем у современных искусственных аналогов. По словам Лавли, исследователи уже работают над адаптацией других бактериальных проводников для создания искусственных нейронов, новых типов химических сенсоров и даже устройств, способных вырабатывать электричество из влажного воздуха. «Возможно, кабельные бактерии приведут нас к новым технологиям», — заключает он.