Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wenn Strom durch Bakterienkabel fließt

08.05.2018

Die Böden der Meere und Süßgewässer sind von vertikalen, zentimeterlangen Ketten aus aneinandergereihten Zellen bestimmter Bakterien durchzogen. Diese Bakterienketten erlauben es den einzelnen Zellen, als vielzelliger Organismus in tiefen, sauerstoffarmen Zonen zu überleben. Damit verbinden sie sich mit der sauerstoffreichen Oberfläche, um Nährstoffe aus tiefen Schichten veratmen zu können. Ein internationales Team um Andreas Schramm von der Aarhus University in Dänemark unter Beteiligung von Forschern um Michael Wagner von der Universität Wien konnte nun erstmal direkt in einzelnen Bakterienkabeln Stromfluss nachweisen.

Schon seit längerem ist bekannt, dass in den Böden von Gewässern Strom fließt. Dafür sind lange Ketten aus zehntausenden Zellen bestimmter Bakterien verantwortlich. "Diese sogenannten Kabelbakterien kommen weltweit in den Sedimenten der Meere, Seen und Flüsse in gigantischen Mengen vor", erläutert Andreas Schramm von der Aarhus University.


Phasenkontrastaufnahme von Kabelbakterien.

Copyright: Steffen Larsen


Mit fluoreszierenden Gensonden angefärbte Kabelbakterien.

Copyright: Trine Søgaard

Obwohl eine einzelne Bakterienzelle nur einen tausendstel Millimeter groß ist, finden sich in den oberen Zentimetern eines Quadratmeters Meeresboden tausende Kilometer an Bakterienkabeln. Trotz zahlreicher Versuche ist es ForscherInnen bislang nicht gelungen, direkt in den Bakterienkabeln Stromfluss nachzuweisen.

Mit Laserlicht dem Strom auf der Spur

Experimente mit Kabelbakterien sind schwierig, da diese noch nicht im Labor "gezüchtet" werden können. "Wir hatten die Idee, die Raman-Mikrospektroskopie einzusetzen, um direkt in einzelnen Bakterienkabeln Stromfluss nachzuweisen", erklärt Michael Wagner vom Department für Mikrobiologie und Ökosystemforschung der Universität Wien. Hierfür bauten die WissenschafterInnen mikroskopisch kleine Kammern, die an beiden Enden jeweils ein Loch enthielten.

Eines der Löcher wurde mit Luft gefüllt und das andere mit Schwefelwasserstoff-haltigem Sediment, das Kabelbakterien enthielt. Durch die wassergefüllte Kammer krochen die Kabelbakterien aus dem Sediment zum luftgefüllten Loch und verbanden beide. Damit stellten Wagner und sein Team die natürliche Situation in den Sedimenten sehr gut nach. Anschließend "beschossen" die Mikrobiologen die lebenden Bakterienkabel mit Laserlicht und konnten anhand charakteristischer Verschiebungen der Wellenlänge des gestreuten Lichts den Oxidationszustand kleiner Elektronen-Transportproteine in den Kabeln über ihre gesamte Länge vermessen.

"Wir konnten nachweisen, dass ein Großteil dieser Proteine mit Elektronen beladen ist, wenn wir die Kabel mit einem optischen Skalpell nahe des mit Luft gefüllten Lochs zerschnitten oder den Sauerstoff aus diesem Loch entfernt hatten", so David Berry von der Universität Wien:

"Die Kabelbakterien entziehen also dem Schwefelwasserstoff Elektronen und transportieren sie zu dem luftgefüllten Loch, um sie dort auf den Sauerstoff zu übertragen und so Energie zu gewinnen. Sobald die Verbindung zum Sauerstoff experimentell unterbunden wurde, füllten sich die Kabelbakterien mit Elektronen, da sie diese nicht mehr an den Sauerstoff abgeben konnten“. Damit haben die ForscherInnen den Stromfluss in den Kabeln erstmals beweisen können.

Kabelbenutzung durch andere Mikroben?

"Während der Versuche haben wir immer wieder beobachtet, dass sich um die Kabelbakterien regelrechte Bakterienschwärme bilden, in denen andere Bakterien immer wieder systematisch zu den Kabeln hinschwimmen“ berichtet Jesper Bjerg, der Erstautor der Studie von der Universität Aarhus. Dieses Verhalten konnte jedoch nicht mehr beobachtet werden, sobald die Kabelbakterien experimentell vom Kontakt mit Sauerstoff abgeschnitten wurden.

Die MikrobiologInnen vermuten nun, dass vielleicht nicht nur die Kabelbakterien selbst von der Verkabelung der Gewässerböden profitieren, sondern auch viele andere Bakterien. Derzeit versuchen sie mithilfe der Ramanspektroskopie der Interaktion dieser Bakterienschwärme mit den Kabeln auf die Spur zu kommen.

Publikation in PNAS:
"Long-distance electron transport in individual, living cable bacteria": Jesper T. Bjerga, Henricus T. S. Boschker, Steffen Larsen, David Berry, Markus Schmid, Diego Millo, Paula Tataru, Filip J. R. Meysmand, Michael Wagner, Lars Peter Nielsen, and Andreas Schramm
http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1800367115

Wissenschaftliche Kontakte
Univ.-Prof. Dipl.-Biol. Dr. Dr. h.c.Michael Wagner
Univ.-Prof. Dipl.-Biol. Dr. David Berry
Dr. Markus Schmid
Department für Mikrobiologie und Ökosystemforschung
Forschungsverbund Chemistry meets Microbiology
Universität Wien
1090 Wien, Althanstraße 14
T +43-1-4277-766 00, 12, oder 10
wagner@microbial-ecology.net
berry@microbial-ecology.net
schmid@microbial-ecology.net

Rückfragehinweis
Mag. Alexandra Frey
Pressebüro der Universität Wien
Forschung und Lehre
Universitätsring 1, 1010 Wien
T +43-1-4277-175 33
M +43-664-60277-175 33
alexandra.frey@univie.ac.at

Offen für Neues.
Die Universität Wien ist eine der ältesten und größten Universitäten Europas: An 19 Fakultäten und Zentren arbeiten rund 9.500 MitarbeiterInnen, davon 6.600 WissenschafterInnen. Die Universität Wien ist damit die größte Forschungsinstitution Österreichs sowie die größte Bildungsstätte: An der Universität Wien sind derzeit rund 94.000 nationale und internationale Studierende inskribiert. Mit 174 Studien verfügt sie über das vielfältigste Studienangebot des Landes. Die Universität Wien ist auch eine bedeutende Einrichtung für Weiterbildung in Österreich. http://www.univie.ac.at

Stephan Brodicky | Universität Wien

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Anomale Kristalle: ein Schlüssel zu atomaren Strukturen von Schmelzen im Erdinneren
16.11.2018 | Universität Bayreuth

nachricht Günstiger Katalysator für das CO2-Recycling
16.11.2018 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Rasende Elektronen unter Kontrolle

Die Elektronik zukünftig über Lichtwellen kontrollieren statt Spannungssignalen: Das ist das Ziel von Physikern weltweit. Der Vorteil: Elektromagnetische Wellen des Licht schwingen mit Petahertz-Frequenz. Damit könnten zukünftige Computer eine Million Mal schneller sein als die heutige Generation. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sind diesem Ziel nun einen Schritt nähergekommen: Ihnen ist es gelungen, Elektronen in Graphen mit ultrakurzen Laserpulsen präzise zu steuern.

Eine Stromregelung in der Elektronik, die millionenfach schneller ist als heutzutage: Davon träumen viele. Schließlich ist die Stromregelung eine der...

Im Focus: UNH scientists help provide first-ever views of elusive energy explosion

Researchers at the University of New Hampshire have captured a difficult-to-view singular event involving "magnetic reconnection"--the process by which sparse particles and energy around Earth collide producing a quick but mighty explosion--in the Earth's magnetotail, the magnetic environment that trails behind the planet.

Magnetic reconnection has remained a bit of a mystery to scientists. They know it exists and have documented the effects that the energy explosions can...

Im Focus: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Im Focus: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Kalikokrebse: Erste Fachtagung zu hochinvasiver Tierart

16.11.2018 | Veranstaltungen

Können Roboter im Alter Spaß machen?

14.11.2018 | Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Mikroplastik in Kosmetik

16.11.2018 | Studien Analysen

Neue Materialien – Wie Polymerpelze selbstorganisiert wachsen

16.11.2018 | Materialwissenschaften

Anomale Kristalle: ein Schlüssel zu atomaren Strukturen von Schmelzen im Erdinneren

16.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics