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Stoffwechsel

Strom fressende Mikroben

Mikroorganismen können Energie für ihren Stoffwechsel gewinnen, indem sie mit ihrer Umwelt Elektronen austauschen
Bacteria that Eat Electricity

Veröffentlicht am: 07.06.2017

Laufzeit: 0:02:43

Sprache: englisch

Untertitel: ohne Untertitel

Die Washington University in St. Louis ist eine private US-amerikanische Universität im Bundesstaat Missouri.

Im Grunde leben wir von elektrischem Strom. Wir nehmen mit unserer Nahrung Kohlenhydrate auf, die gerne ein paar Elektronen abgeben würden, und atmen dazu Sauerstoff ein, der diese Elektronen wiederum gut brauchen kann. In einer Reihe komplexer chemischer Reaktionen bauen unsere Zellen dann die aufgenommene Nahrung um, oxidieren den Kohlenstoff, und wir atmen Kohlendioxid aus. Letztendlich wurden dabei Elektronen von den Kohlenstoffatomen in den Sauerstoff verschoben. Es ist also Strom geflossen, und wir haben dabei Energie gewonnen.

Im Gegensatz zu uns Vielzellern verfügen Mikroorganismen über eine Vielzahl von Möglichkeiten, um ihren Stoffwechsel zu befeuern. Sie können wie wir Kohlenstoff und Sauerstoff aufnehmen, Licht absorbieren – oder aber Metalle »atmen«. Dabei übertragen die Mikroben Elektronen aus ihrer Nahrung auf Metalloxide im Boden und im Grundwasser. Das Metall übernimmt also gewissermaßen die Rolle des Sauerstoffs bei der Zellatmung: Indem es die Elektronen stärker an sich bindet, dient es als eine Art Reservoir für die Ladungen und setzt dabei Energie frei.

Arpita Bose, Biologin an der Universität in St. Louis und Moderatorin des schön animierten YouTube-Videos, hat vor einigen Jahren den umgekehrten Prozess entdeckt: Das Bakterium Rhodopseudomonas palustris entzieht Mineralien im Boden Elektronen und wandelt dabei unter anderem freies Eisen in Eisenoxid um. Wie die Forscher in einer begleitenden Pressemeldung sagen, »ernährt« es sich dabei gewissermaßen von Elektronen.

Für diesen Prozess benötigen die Bakterien jedoch zusätzlich auch Sonnenlicht als Energiequelle. Da sich die Mineralien in der Regel allerdings im Boden unterhalb der Oberfläche befinden, nutzt Rhodopseudomonas palustris die natürliche Leitfähigkeit des Bodens. So könne das Bakterium die Elektronen aus tiefer gelegen Bereichen absaugen, während es selbst an der Oberfläche in der Sonne bleibt.

Wie auch im Video erwähnt, wachsen Mikroben im Labor direkt auf unterschiedlichen Elektroden. Dabei können die Forscher über die angelegte Spannung einstellen, ob die Elektrode Elektronen anbietet und sie den Mikroben als »Nahrung« zur Verfügung stellt oder ob sie Elektronen aufnimmt und den Mikroorganismen somit als Reservoir zum »Ausatmen« dient. Da bestimmte Mikroben aus ihrer Stromnahrung in Kombination mit anderen Stoffen wie etwa Kohlendioxid wertvolle Treibstoffe wie Methan erzeugen, könnten sie theoretisch auch dazu beitragen, ein zentrales Problem der Energiewende zu lösen. Erneuerbare Quellen wie Wind und Sonne liefern nämlich auch dann Energie, wenn sie gerade nicht gebraucht wird. Deshalb wird schon lange nach wirtschaftlichen Möglichkeiten gesucht, den Strom zu speichern. Eine Aufgabe, die in Zukunft womöglich Strom fressende Mikroben übernehmen könnten.

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  • Quellen
Bose, A. et al.: Electron uptake by iron-oxidizing phototrophic bacteria. In: Nature Communications volume 5, Article number: 3391 (2014)

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