Các nhà khoa học của Đại học Rice đã phát hiện ra vi khuẩn phát triển mà không cần oxy bằng cách giải phóng điện. Các vi sinh vật này sử dụng hô hấp ngoại bào, chuyến electron ra bề mặt bên ngoài thông qua naphthoquinone. Phát hiện mang tính đột phá này được xác nhận thông qua các mô hình máy tính và thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, có tiềm năng to lớn cho năng lượng sạch, cảm biến điện tử sinh học và công nghệ bền vững, định hình lại hiểu biết của chúng ta về sự sống trong môi trường khắc nghiệt.

Trong một khám phá mang tính đột phá, các nhà khoa học từ Đại học Rice đã tìm thấy một loại vi khuẩn có thể sống sót bằng cách giải phóng điện thay vì dựa vào oxy. Các vi sinh vật này sử dụng một quá trình tự nhiên để chuyến electron ra bên ngoài tế bào của chúng, cho phép chúng tạo ra năng lượng trong môi trường không có oxy như các lỗ thông hơi dưới biển sâu hoặc ruột người. Phát hiện này đã khám phá ra một cơ chế sinh tồn trước đây bị ẩn giấu trong tự nhiên và có triển vọng đáng kể cho năng lượng sạch, công nghệ sinh học và giám sát môi trường. Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc mới về cách các dạng sống cố đại thích nghi với các điều kiện khắc nghiệt và cách chúng ta có thể sử dụng chúng cho các công nghệ trong tương lai. Sự sống có thể tạo ra năng lượng mà không cần oxy thông qua các công cụ ẩn giấu của tự nhiên. Khám phá này kết nối sinh học cố đại với các giải pháp năng lượng hiện đại.

Làm thế nào vi khuẩn có thể sống sót mà không cần oxy ?

Hầu hết các sinh vật sống, bao gồm cả con người và động vật, sử dụng oxy để giúp chuyến đổi thức ăn thành năng lượng. Quá trình này bao gồm việc truyền electron cho các phân tử oxy bên trong tế bào. Tuy nhiên, những vi khuẩn mới được nghiên cứu này lại làm một điều khác. Thay vì truyền electron cho oxy, chúng gửi trực tiếp electron ra khỏi tế bào của chúng đến các bề mặt xung quanh. Quá trình này được gọi là hô hấp ngoại bào và cho phép vi khuẩn phát triển mạnh trong môi trường không có oxy.

Vai trò của hợp chất tự nhiên trong việc giải phóng điện

Vi khuẩn đạt được hơi thở điện này bằng cách sử dụng các phân tử tự nhiên gọi là naphthoquinone. Chúng hoạt động như những người đưa thư nhỏ, lấy các electron từ bên trong tế bào vi khuẩn và mang chúng ra bên ngoài. Khi ra ngoài, các electron được giải phóng vào các vật liệu dẫn điện gần đó, giống như pin xả năng lượng dự trữ của nó. Quá trình đơn giản nhưng hiệu quả này giúp vì khuẩn phân hủy thức ăn và tạo ra năng lượng mà không cần oxy. Naphthoquinone là những chất dẫn điện nhỏ bé của tự nhiên cung cấp năng lượng cho sự sống của vi khuẩn. Vi khuẩn hoạt động như những cục pin sống thông qua quá trình vận chuyến electron hiệu quả.

Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và mô hình máy tính.

Để hiểu rõ hơn về quá trình này, nhóm Rice đã hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Đại học California, San Diego. Họ đã sử dụng các mô hình máy tính tiên tiến để mô phỏng cuộc sống của vi khuẩn trong môi trường không có oxy. Kết quả cho thấy vi khuẩn có thể tiếp tục phát triển và tạo ra điện khi được đặt trên bề dẫn điện. Những phát hiện này sau đó đã được xác nhận trong điều kiện phòng thínghiệm thực tế, nơi vi khuẩn sống sót thành công và giải phóng điện trong một môi trường được kiểm soát.

Ứng dụng tiềm năng trong công nghệ sạch.

Phát hiện này có thể dẫn đến những tiến bộ lớn trong công nghệ bền vững. Trong các quy trình như xử lý nước thải và sản xuất sinh học công nghiệp, việc duy trì sự cân bằng electron là điều cần thiết để đạt hiệu quả. Những vi khuẩn giải phóng điện này có thể giúp ổn định các hệ thống như vậy bằng cách quản lý dòng electron hiệu quả hơn. Ngoài ra, chúng có thể được sử dụng để thu giữ và chuyến đối carbon dioxide bằng điện tái tạo, tương tự như cách thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để quang hợp.

Ứng dụng trong tương lai của cảm biến và thám hiểm không gian

Vì những vi khuẩn này có thế hoạt động trong môi trường không có oxy, chúng cung cấp những khả năng thú vị để phát triển các cảm biến điện tử sinh học. Các cảm biến như vậy có thể hữu ích trong chẩn đoán y tế, phát hiện ô nhiễm và thậm chí trong các nhiệm vụ không gian sâu nơi oxy khan hiếm. Bằng cách liên kết sinh học và điện tử, nghiên cứu này mở đường cho các công nghệ tiên tiến có thể hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt.

Dòng cuối cùng

Khám phá đáng chú ý này định hình lại hiểu biết của chúng ta về cách sự sống có thể tồn tại trong môi trường khắc nghiệt và đưa ra các giải pháp đây hứa hẹn cho một số thách thức công nghệ lớn nhất hiện nay. Với nghiên cứu sâu hơn, những vi khuẩn thở bằng điện này có thể trở thành những nhân tố chính trong quá trình phát triển các hệ thống sạch hơn, thông minh hơn và bền vững hơn trên toàn thế giới.

Nguồn:

https://timesofindia.indiatimes.com/science/scientists-discover-bacteria-that-breathe-electricity-instead-of-oxygen/articleshow/121419822.cms?utm_source=chatgpt.com