在土壤和海洋中存在著一個由微小細菌產生、納米線組成的全球網絡，它們通過呼出多餘的電子來“呼吸”，為自然界構成了一個內在的電網絡。在一項新研究中，耶魯大學的科學家們發現，在促進生物膜細菌的這種電子活動方面，光是一位令人驚訝的盟友。

他們發現，將細菌產生的納米線暴露在光線下其導電性能會增加100倍之多。

這一發現將於當地時間9月7日發表在《Nature Communications》上。

研究論文第一作者、耶魯大學西校區微生物科學研究所分子生物物理學和生物化學副教授Nikhil Malvankar說道：“暴露在光線下的納米線的電流急劇增加顯示出一種穩定和強大的光電流，該過程可以持續數小時。”

當研究人員為各種目的尋求利用這種隱藏電流的方法時，這些結果可以提供新的見解。比如它可以被用來幫助消除生物危險廢物或創造新的可再生燃料來源。

幾乎所有的生物都會呼吸氧氣以便在將營養物質轉化為能量時消除多餘的電子。然而生活在海洋深處或埋在地下的土壤細菌卻無法獲得氧氣。幾十億年來，它們已經開發出一種通過“呼吸礦物”的方式進行呼吸，就像浮潛一樣，通過被稱為納米線的微小蛋白質絲進行呼吸。

當這些細菌被暴露在光線下時，電流的增加讓科學家們感到驚訝，因為大多數被測試的細菌都生活在土壤深處並遠離光線的照射。以往的研究表明，納米線生產的細菌在暴露於光下時生長得更快。

Malvankar說道：“沒有人知道這是如何發生的。”

在新研究中，由博士後研究員Jens Neu和研究生Catharine Shipps領導的一個耶魯大學團隊得出結論，一種被稱為細胞色素OmcS的含金屬蛋白質–它構成了細菌納米線–作為一種天然的光導體：當生物膜暴露在光線下時納米線大大促進了電子轉移。

“這是一種完全不同的光合作用形式，在這裡，由於納米線之間的快速電子轉移，光正在加速細菌的呼吸，”Malvankar介紹道。

眼下，Malvankar的實驗室正在探索如何利用對細菌導電性的這種洞察力來刺激光電子學的發展。這是光子學的一個子領域，以研究尋找和控制光線的設備和系統。他們希望利用這項技術來捕獲甲烷–一種已知的對全球氣候變化有重大影響的溫室氣體。