Naar de content

Bacteriën in zeebodem vormen stroomkabels

Via TU Delft, met toestemming

In de bodem van de zee blijken bacteriën kabels te vormen die stroom geleiden. Nederlandse en Vlaamse onderzoekers wisten voor het eerst te meten hoeveel stroom deze kabelbacteriën geleiden, en ook nog te achterhalen hoe ze dat precies doen.

20 september 2019

Wij kunnen ons geen leven zonder elektriciteitsnetwerk meer voorstellen. Computers, koelkasten, tv’s, veel belangrijke aspecten van ons dagelijks leven hebben stroom nodig. Maar in de biologische wereld is dit een heel ander verhaal. Planten, dieren en bacteriën werken niet op stroomkabels. Tenminste, dat dachten we. Onderzoekers van de Universiteit Antwerpen, TU Delft en Universiteit Hasselt hebben nu voor het eerst aangetoond dat zogenoemde kabelbacteriën op de zeebodem stroomkabels aanmaken die flink wat stroom geleiden.

Tienduizend kilometer

Deze kabelbacteriën zijn in 2012 door Deense wetenschappers ontdekt in de bodem van de zee. Ze organiseren zich in kabels van een paar centimeter lang die honderd keer dunner zijn dan een mensenhaar. “In een vierkante meter zeebodem vind je al snel tienduizend kilometer van die draden”, vertelt hoogleraar Mariene Biogeochemie Filip Meysman van de Universiteit Antwerpen en TU Delft. “Dieper in de bodem voeren deze kabelbacteriën allerlei chemische reacties uit om te groeien en daar komen elektronen bij vrij. Die elektronen vervoeren ze vervolgens via de kabels naar het oppervlak van de zeebodem.”

Dat de kabelbacteriën elektriciteit konden geleiden werd al lang aangenomen, maar was nog niet echt bewezen. Het bleek erg lastig om precies te meten hoeveel elektriciteit door deze bacteriën liep. “De eerste uitdaging was om de bacteriën uit de bodem te pakken te krijgen en goed te wassen”, zegt Meysman. “Dat lukte ons uiteindelijk, maar toen moesten we nog een manier vinden om de bacterie aan een elektrode te koppelen.” Met hulp van zelf ontwikkelde technieken lukte het Meysman en zijn collega’s om deze koppeling voor elkaar te krijgen. Als resultaat liep er een flinke elektrische stroom door de bacteriën. Geen twijfel meer mogelijk: de kabelbacteriën zijn absoluut geleidend.

Carwash

De volgende stap was het strippen van de bacterie, om te zien welk onderdeel precies zo geleidend werkte. Meysman: “We gebruikten eigenlijk een soort carwash van twaalf tot vijftien stappen die steeds een ander onderdeel van de bacterie verwijderde. Dit proces moest snel gebeuren, omdat de bacterie langzaam kapotgaat bij blootstelling aan de lucht.” Uiteindelijk bleek het cruciale onderdeel van de bacterie een lange, dunne vezel die de elektriciteit van de ene naar de andere kant van de bacterie kon geleiden. In totaal konden de bacteriën met deze vezels de stroom wel centimeters laten lopen – een enorme afstand voor de minuscule bacteriën.

Waaruit de vezel precies bestaat en hoe hij werkt, weet Meysman nog niet: “We gaan nu kijken of we de vezel kunnen namaken of op grotere schaal kunnen isoleren.” Dit is niet alleen interessant om de kabelbacteriën beter te begrijpen, maar kan ook leiden tot nieuwe toepassingen. Zo is het wellicht mogelijk om de zeebodem te gebruiken als een lokale batterij. “Een vierkante meter aan zeebodem met kabelbacteriën levert zo’n honderd tot tweehonderd milliampère aan stroom”, legt Meysman uit. “Aan twintig vierkante meter zeebodem heb je genoeg om je iPad elke dag op te laden. Nou gebruik je niet zo vaak een iPad op de bodem van de zee, maar je zou wel bijvoorbeeld meetapparatuur met deze elektriciteit op kunnen laden.”

Bio-elektronica

Daarnaast hoopt Meysman de kabelbacteriën ook boven water nuttig in te zetten: “We zouden graag bio-elektronica maken van de geleidende vezels, zoals een bio-afbreekbaar elektronisch circuit. Dat is mogelijk een belangrijke stap naar duurzame, geleidende biomaterialen.” Dat de vezel door blootstelling aan de lucht aangetast wordt vormt volgens Meysman geen groot probleem: “We kennen ook andere synthetische vezels die gevoelig zijn voor lucht, die moet je gewoon anders verwerken.”

Een visuele weergave van kabelbacteriën.

In de zeebodem vormen kabelbacteriën dit soort kabels, waar ze vervolgens een flinke stroom door laten lopen.

 Via TU Delft, met toestemming

Caroline Slomp, hoogleraar Mariene Biogeochemie van de Universiteit Utrecht, noemt het onderzoek van Meysman en zijn collega’s een belangrijke stap: “Kabelbacteriën zijn kwetsbaar, dus het is heel lastig om dit soort experimenten met ze uit te voeren. Ik vind het dan ook heel knap dat het deze onderzoekers gelukt is. Nu weten we iets beter hoe deze bijzondere bacteriën stroom over afstanden van enkele centimeters kunnen geleiden.” Of de bio-elektronica waar Meysman over spreekt echt mogelijk gaat zijn, vindt Slomp lastig inschatten: “Het lijkt me in ieder geval interessant om het verder te onderzoeken.”

Volgens Meysman moeten ze sowieso nog wat stappen maken voordat nieuwe toepassingen mogelijk zijn: “We moeten de structuur van de vezel begrijpen voordat we weten wat we er allemaal mee kunnen. Wij hebben slechts de poort voor nieuw onderzoek en materialen een klein beetje geopend, maar wat er allemaal achter de poort zit moeten we nog ontdekken.”

Bronnen:
ReactiesReageer