Солнечный свет используют не только растения, но и бактерии. Ученые обнаружили, что почвенные бактерии могут улавливать, накапливать и высвобождать солнечную энергию ночью. Они используют этот запас, чтобы разрушать антибиотики. Исследование опубликовано в журнале Environmental and Biogeochemical Processes.
Авторы статьи обнаружили, что обычные для почвы бактерии капустной палочки (Bacillus megaterium) могут использовать железосодержащие минералы для собственной пользы. Они сформировали биопленку, которая ведет себя как перезаряжаемый конденсатор.
При воздействии света пленка из железа и бактерий поглощала фотоны и накапливала электроны. Ночью, в отсутствие света, бактерии высвобождали накопленный заряд. Он запускал химические реакции, разрушающие антибиотики тетрациклин и хлорамфеникол.
В лабораторных экспериментах система из оксида железа (III) (Fe₂O₃) и В. megaterium генерировала общий накопленный заряд 8,06 микрокулона на квадратный сантиметр. После одного часа воздействия света система оказалась способна переработать до 22 процентов антибиотиков в полной темноте.
Механизм происходящего оказался основан на циклическом переходе железа между формами Fe(II) и Fe(III), которому помогает бактериальный метаболизм. Эта окислительно-восстановительная реакция позволяет накапливать и постепенно высвобождать электроны, создавая стабильный источник энергии для реакций в отсутствие света. Электрохимический анализ, проведенный командой ученых, подтвердил, что область соединения «минерал — микроб» усиливает эффективность переноса заряда и снижает потери энергии, формируя биологический псевдоконденсатор.
«Это открытие расширяет наше понимание того, как солнечная энергия может управлять биогеохимическими процессами даже ниже поверхности почвы, куда солнечный свет не проникает. Оно также может помочь найти экологически устойчивый способ очистки загрязненных почв и грунтовых вод», — отметил профессор Баошань Син (Baoshan Xing).
Исследователи полагают, что подобные системы «минерал — микроб» могут играть скрытую, но важную роль в природных энергетических циклах и контроле загрязнения в различных экосистемах.