การค้นพบครั้งสำคัญในโลกจุลชีววิทยาได้เกิดขึ้นที่ชายฝั่งรัฐโอเรกอน สหรัฐอเมริกา เมื่อทีมนักวิจัยค้นพบ ‘แบคทีเรียนำไฟฟ้า’ ชนิดใหม่ที่มีคุณสมบัติพิเศษในการนำไฟฟ้า ชื่อ “Candidatus Electrothrix yaqonensis” ซึ่งอาจเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีด้านสิ่งแวดล้อมและไบโออิเล็กทรอนิกส์ในอนาคต
สิ่งมีชีวิตที่เป็นตัวนำไฟฟ้าจากธรรมชาติ
“Candidatus Electrothrix yaqonensis” จัดเป็น “แบคทีเรียเคเบิล” (cable bacteria) ที่มีโครงสร้างเป็นเซลล์รูปแท่งเรียงต่อกันคล้ายสายเคเบิล โดยมีเยื่อหุ้มภายนอกร่วมกัน สามารถสร้างเส้นใยที่ยาวได้หลายเซนติเมตร ลักษณะพิเศษนี้ทำให้แบคทีเรียสามารถส่งผ่านอิเล็กตรอนในระยะไกลได้—คล้ายกับสายไฟฟ้าในธรรมชาติ
ผู้ช่วยศาสตราจารย์เฉิง หลี่ จากคณะเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยออริกอนสเตท ผู้นำการวิจัยอธิบายว่า “แบคทีเรียชนิดนี้มีความพิเศษตรงที่มีโครงสร้างสันนูนบนพื้นผิวที่เด่นชัด กว้างกว่าแบคทีเรียชนิดอื่นถึงสามเท่า และมีเส้นใยที่มีสภาพนำไฟฟ้าสูงอย่างน่าทึ่ง เนื่องจากมีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบของโมเลกุล”
การค้นพบนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเพราะแบคทีเรียเคเบิลที่รู้จักมีเพียง 25 สายพันธุ์เท่านั้น แม้จะสามารถพบได้ในสภาพแวดล้อมหลากหลายทั้งในตะกอนน้ำจืดและน้ำเค็ม
สะพานเชื่อมวิวัฒนาการและระบบนิเวศ
สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับ Ca. Electrothrix yaqonensis คือบทบาทในการเชื่อมโยงทางวิวัฒนาการ แบคทีเรียสายพันธุ์ใหม่นี้มีลักษณะเฉพาะทั้งรูปแบบการเผาผลาญและยีนที่เป็นส่วนผสมระหว่างสกุล Ca. Electrothrix และ Ca. Electronema
“สายพันธุ์นี้ทำหน้าที่เสมือนสะพานเชื่อมระหว่างสองสกุล ให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับวิวัฒนาการของแบคทีเรียเหล่านี้และการปรับตัวในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน” ศาสตราจารย์หลี่กล่าว
แบคทีเรียชนิดนี้ถูกค้นพบในโคลนริมชายฝั่งบริเวณปากแม่น้ำยาควินาเบย์ในรัฐโอเรกอน และได้รับการตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่ชนเผ่า “ยาโควนา” (Yaqona) ชนพื้นเมืองในพื้นที่ดังกล่าว เป็นการยอมรับในความผูกพันทางประวัติศาสตร์ของพวกเขากับผืนดินและการมีส่วนร่วมในการอนุรักษ์ระบบนิเวศและความยั่งยืน
กลไกนำไฟฟ้าที่ซับซ้อน
การทำงานของแบคทีเรียเคเบิลนี้มีความซับซ้อนและน่าทึ่ง พวกมันใช้คุณสมบัติการนำไฟฟ้าเพื่อปรับกระบวนการเผาผลาญในสภาพแวดล้อมตะกอนที่อาศัยอยู่ โดยเส้นใยเหล่านี้ทำให้แบคทีเรียสามารถขนส่งอิเล็กตรอนในระยะไกลได้
ความสามารถพิเศษนี้ช่วยให้แบคทีเรียเชื่อมโยงตัวรับอิเล็กตรอน (เช่น ออกซิเจนหรือไนเตรต) ที่พื้นผิวตะกอนกับตัวให้อิเล็กตรอน (เช่น ซัลไฟด์) ในชั้นตะกอนที่ลึกกว่า ทำให้เกิดวงจรไฟฟ้าชีวภาพที่สมบูรณ์ในธรรมชาติ
นักวิทยาศาสตร์พบว่า การถ่ายโอนอิเล็กตรอนระยะไกลนี้มีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางธรณีเคมีของตะกอนและการหมุนเวียนของสารอาหารในระบบนิเวศ
ศักยภาพในการบำบัดมลพิษสู่ไบโออิเล็กทรอนิกส์
การค้นพบแบคทีเรียนำไฟฟ้าชนิดใหม่นี้เปิดโอกาสสำหรับการประยุกต์ใช้ที่หลากหลาย โดยเฉพาะในด้านสิ่งแวดล้อมและเทคโนโลยี
- การบำบัดมลพิษ ความสามารถในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนของแบคทีเรียเหล่านี้สามารถนำไปใช้ในการกำจัดสารอันตรายออกจากตะกอนและดิน ผ่านกระบวนการรีดักชัน-ออกซิเดชัน ซึ่งอาจเป็นทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในการฟื้นฟูพื้นที่ปนเปื้อน
- ไบโออิเล็กทรอนิกส์ โปรตีนนิกเกิลที่มีคุณสมบัติเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสูงของแบคทีเรียเหล่านี้อาจนำไปสู่การพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพรูปแบบใหม่ ซึ่งอาจรวมถึงเซนเซอร์ชีวภาพหรือแม้แต่วงจรไฟฟ้าจิ๋วที่ทำงานด้วยกลไกทางชีวภาพ
- เซลล์เชื้อเพลิงจุลชีพ แบคทีเรียนำไฟฟ้าอาจใช้ในการพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงจุลชีพที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ซึ่งสามารถเปลี่ยนสารอินทรีย์เป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง
- การติดตามสภาพแวดล้อม การใช้แบคทีเรียเหล่านี้เป็นเซนเซอร์ชีวภาพอาจช่วยในการตรวจจับและติดตามมลพิษในแหล่งน้ำและดินได้อย่างมีประสิทธิภาพ
- นวัตกรรมทางการแพทย์ เทคโนโลยีไบโออิเล็กทรอนิกส์ที่พัฒนาจากคุณสมบัติของแบคทีเรียเหล่านี้อาจนำไปสู่การสร้างอุปกรณ์ทางการแพทย์รุ่นใหม่ เช่น เซนเซอร์สำหรับการตรวจวัดในร่างกาย
ศาสตราจารย์เฉิง หลี่และทีมวิจัยเชื่อว่า การค้นพบนี้เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของการทำความเข้าใจเกี่ยวกับแบคทีเรียเคเบิล ยังมีอีกมากที่ต้องเรียนรู้เกี่ยวกับสัณฐานวิทยา พันธุกรรม และศักยภาพในการประยุกต์ใช้ของแบคทีเรียเหล่านี้
ก้าวสำคัญเทคโนโลยีชีวภาพแห่งอนาคต
การค้นพบ “Candidatus Electrothrix yaqonensis” เป็นก้าวสำคัญในวงการจุลชีววิทยาและเทคโนโลยีชีวภาพ แบคทีเรียนำไฟฟ้าชนิดนี้ไม่เพียงแต่ให้ข้อมูลใหม่เกี่ยวกับวิวัฒนาการและระบบนิเวศทางธรรมชาติ แต่ยังเปิดประตูสู่นวัตกรรมในการบำบัดมลพิษและการพัฒนาไบโออิเล็กทรอนิกส์
ความสามารถในการส่งผ่านอิเล็กตรอนระยะไกลและคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่โดดเด่นของแบคทีเรียชนิดนี้อาจเป็นกุญแจสำคัญในการแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมและการพัฒนาเทคโนโลยีที่ยั่งยืนในอนาคต เป็นตัวอย่างที่แสดงให้เห็นว่าธรรมชาติยังคงซ่อนความลับและนวัตกรรมที่รอการค้นพบอีกมากมาย
อ้างอิง
https://www.bangkokbiznews.com/environment/1179570
บทความอื่น ที่น่าสนใจ
ฝนตกทีไร ไฟสว่างทุกครั้ง! ส่อง เทคโนโลยี ‘Plug Flow’ นวัตกรรมเปลี่ยนหยดน้ำฝนให้เป็นพลังงานสะอาด
