Ученые заставили бактерий крутить огромную наношестеренку, Hi-Tech

Шестеренка в бактериальном "супе". Желтая отметка позволяет следить за вращением шестеренки. Изображение авторов исследования

Ученые разработали технологию, которая позволяет извлекать энергию из хаотического движения бактерий. Статья исследователей пока не опубликована в рецензируемом журнале, но ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

Объектом интереса авторов были бактерии Escherichia coli, которые могут самостоятельно передвигаться в жидкой среде, используя жгутик. Идея исследователей заключалась в следующем: если поместить в сосуд с бактериями, например, шестеренку, то микроорганизмы смогут вращать ее, ударяясь о зубцы. У этой схемы есть один принципиальный недостаток: бактериальные клетки плавают в сосуде равномерно во всех направлениях, поэтому они будут вращать шестеренку в обе стороны и результирующий вращательный момент будет нулевым.

В конце прошлого года ученые опубликовали теоретические выкладки, показывающие, что движение бактерий все же можно использовать для извлечения энергии. Ключевым аргументом авторов был тот факт, что бактериальная система является открытой (то есть, в ней существует постоянный обмен веществом и энергией с окружающей средой). В такой системе теоретически возможно "добиться" направленного движения.

В своей новой работе авторы создали систему, в которой клетки E. coli вращали шестеренку в одном направлении, причем размер шестеренки был во много раз больше размера отдельной бактериальной клетки. Помещенное в бактериальную среду зубчатое колесико (форма зубцов была асимметрична) диаметром 48 микрометров и толщиной 10 микрометров вращалось со скоростью 2 микрометра в секунду. Средняя скорость движения бактерий составляла при этом около 20 микрометров в секунду.

Исследователи считают, что эффективность работы созданной ими системы может быть существенно повышена. Авторы отмечают необходимость рассмотрения шестеренок другой формы, а также других видов бактерий. Несмотря на невысокий КПД текущей разработки, ученые полагают, что сама технология извлечения энергии из бактериального "супа" имеет большие перспективы.