Penemuan Terbaharu: Bakteria Pemakan Elektrik – Mikroorganisma yang Hidup dengan Elektrik Terus dari Batuan Mencabar Teori Biologi

Penemuan Terbaharu: Bakteria Pemakan Elektrik – Mikroorganisma yang Hidup dengan Elektrik Terus dari Batuan Mencabar Teori Biologi. Satu kajian terbaharu yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications mendedahkan kewujudan bakteria yang mampu hidup secara langsung dengan menyerap elektron daripada batuan mineral, tanpa memerlukan sumber karbon organik. Penyelidik dari University of Southern California menemui bahawa spesies Geobacter sulfurreducens menggunakan pili konduktif seperti wayar nano untuk menyedut elektrik dari permukaan mineral besi. Penemuan ini bukan sahaja mengubah pemahaman asas tentang metabolisme mikrob, malah membuka kemungkinan bahawa kehidupan boleh wujud di persekitaran ekstrem seperti dasar laut dalam atau planet lain yang kaya dengan mineral.. Pengenalan: Kejutan dalam Dunia Mikrob Selama berabad-abad, para saintis menganggap bahawa semua kehidupan di Bumi bergantung kepada sumber tenaga organik – sama ada melalui fotosintesis, pemangsaan, atau penguraian bahan mati. Namun, satu penemuan yang mengejutkan telah mencabar dogma biologi ini: kewujudan bakteria yang hidup semata-mata dengan 'memakan' elektrik. Bakteria ini, yang dikenali sebagai bakteria elektrotrofik, tidak memerlukan gula, lemak, atau protein. Sebaliknya, mereka menyerap elektron terus dari permukaan batuan mineral, menggunakan arus elektrik sebagai sumber tenaga utama. Kajian terbaharu yang diterbitkan dalam Nature Communications pada tahun 2023 oleh pasukan penyelidik dari University of Southern California USC telah mendedahkan mekanisme molekul yang membolehkan proses luar biasa ini berlaku. Apakah Bakteria Pemakan Elektrik? Bakteria pemakan elektrik, atau secara saintifiknya dikenali sebagai electrotrophic bacteria , adalah mikroorganisma yang memperoleh tenaga dengan memindahkan elektron dari sumber luar ke dalam sel mereka. Proses ini berbeza sama sekali dengan metabolisme biasa yang menggunakan molekul organik seperti glukosa. Spesies yang paling dikaji dalam bidang ini ialah Geobacter sulfurreducens , sejenis bakteria yang pertama kali ditemui di dalam tanah dan sedimen yang kaya dengan besi. Bakteria ini memiliki struktur unik yang dipanggil pili – rambut-rambut halus di permukaan sel yang bertindak seperti wayar nano konduktif. Melalui pili ini, Geobacter dapat 'menyentuh' permukaan mineral seperti hematit bijih besi dan menyerap elektron yang terlepas dari atom besi. Mekanisme Elektrik dalam Metabolisme Kajian yang diketuai oleh Dr. Gemma Reguera dari USC menggunakan mikroskopi elektron dan spektroskopi untuk mengesan pergerakan elektron dalam sel Geobacter . Mereka mendapati bahawa pili bakteria ini diperbuat daripada protein yang dipanggil pilA , yang memiliki struktur heliks yang membolehkan elektron melompat dari satu molekul ke molekul lain dengan pantas. Apabila bakteria menyentuh permukaan mineral, elektron mengalir melalui pili ke dalam sel, di mana ia digunakan untuk menjana ATP adenosina trifosfat – mata wang tenaga sel. Proses ini serupa dengan cara sel kita menggunakan oksigen dalam pernafasan, tetapi tanpa memerlukan oksigen atau bahan organik. Malah, Geobacter boleh hidup dalam persekitaran yang benar-benar anaerobik tanpa oksigen , asalkan terdapat sumber elektron seperti besi teroksida. Penemuan Terbaharu: Keupayaan Menakjubkan Penemuan paling mengejutkan dalam kajian ini ialah keupayaan Geobacter untuk menyerap elektron bukan sahaja dari besi, tetapi juga dari mineral lain seperti mangan dan sulfur. Pasukan penyelidik menguji pelbagai jenis batuan dan mendapati bahawa bakteria ini boleh menggunakan hampir semua mineral yang mempunyai potensi redoks yang sesuai. Lebih menarik lagi, mereka mendapati bahawa Geobacter boleh membentuk rangkaian elektrik antara satu sama lain. Apabila satu bakteria menyerap elektron, ia boleh memindahkan sebahagian tenaga itu kepada bakteria lain melalui pili yang bersambung. Ini mewujudkan sejenis 'grid elektrik mikrob' yang membolehkan koloni bakteria berkongsi tenaga secara kolektif. Fenomena ini pertama kali diperhatikan dalam sedimen di dasar Tasik Oneida, New York, di mana lapisan bakteria setebal beberapa milimeter bertindak seperti kabel hidup yang mengalirkan elektrik. Implikasi untuk Kehidupan di Planet Lain Penemuan ini mempunyai implikasi yang mendalam untuk astrobiologi – kajian tentang kemungkinan kehidupan di luar Bumi. Jika bakteria boleh hidup dengan hanya menggunakan elektrik dari mineral, maka persekitaran yang kaya dengan batuan dan aktiviti geoterma, seperti di Marikh atau bulan Europa bulan Musytari , mungkin menyokong kehidupan mikrob. Para saintis sebelum ini menganggap bahawa kehidupan memerlukan air cair, sumber karbon, dan tenaga cahaya atau kimia. Kini, elektrik dari batuan boleh menjadi sumber tenaga alternatif yang membolehkan kehidupan wujud di tempat yang tidak pernah terfikir sebelumnya. Dr. Reguera menyatakan, "Kami mungkin perlu mencari tanda-tanda kehidupan di planet lain dengan mengesan aliran elektron dalam tanah, bukan hanya mencari molekul organik." Aplikasi Teknologi: Bateri Hidup dan Pembersihan Alam Sekitar Selain daripada implikasi saintifik, bakteria pemakan elektrik juga menawarkan potensi teknologi yang besar. Para penyelidik sedang membangunkan 'bateri hidup' yang menggunakan Geobacter untuk menjana elektrik daripada sisa organik. Dalam ujian makmal, sel bahan api mikrob yang menggunakan bakteria ini mampu menghasilkan voltan yang cukup untuk menghidupkan lampu LED kecil. Selain itu, Geobacter juga boleh digunakan untuk membersihkan air bawah tanah yang tercemar dengan logam berat. Bakteria ini secara semula jadi mengurangkan ion logam seperti uranium dan kromium kepada bentuk yang kurang toksik, menjadikannya alat yang berkesan untuk bioremediasi. Kajian lapangan di Colorado, Amerika Syarikat, menunjukkan bahawa suntikan Geobacter ke dalam akuifer yang tercemar uranium berjaya mengurangkan kepekatan logam itu sebanyak 90% dalam tempoh enam bulan. Cabaran dan Penyelidikan Masa Depan Walaupun penemuan ini sangat menarik, masih banyak persoalan yang perlu dijawab. Bagaimana bakteria mengawal aliran elektron supaya tidak merosakkan sel? Apakah had keupayaan mereka untuk hidup dalam persekitaran yang sangat berasid atau bersuhu tinggi? Pasukan USC kini sedang mengkaji struktur protein pili dengan lebih terperinci menggunakan kristalografi sinar-X, dengan harapan dapat mereka bentuk bakteria yang lebih cekap untuk aplikasi industri. Mereka juga bekerjasama dengan NASA untuk menguji sama ada Geobacter boleh hidup dalam simulasi tanah Marikh. Jika berjaya, ini akan menjadi langkah pertama ke arah membina sistem sokongan kehidupan berasaskan elektrik untuk misi angkasa lepas. Kesimpulan: Satu Paradigma Baru dalam Biologi Penemuan bakteria pemakan elektrik telah membuka satu babak baru dalam pemahaman kita tentang kehidupan. Ia menunjukkan bahawa alam semula jadi jauh lebih kreatif daripada yang kita sangka, dan bahawa tenaga elektrik – yang selama ini kita anggap sebagai fenomena fizik semata-mata – sebenarnya adalah nadi kehidupan bagi sesetengah organisma. Kajian ini bukan sahaja mengubah cara kita melihat mikrob, malah memberi kita harapan bahawa kehidupan mungkin wujud di tempat-tempat yang paling tidak dijangka di alam semesta. Sambil kita terus meneroka sempadan biologi, satu perkara menjadi jelas: di dunia mikrob, elektrik adalah makanan.