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ザ・サンダーボルツ勝手連 [Bacterial Batteries? バクテリア・バッテリー?]

[Bacterial Batteries? バクテリア・バッテリー?]
Stephen Smith December 18, 2017Picture of the Day
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Bacterial colonies consuming the Titanic.
タイタニック号を消費する細菌のコロニー。
Credit: Lori Johnston, RMS Titanic Expedition 2003, NOAA-OE.
クレジット:ロリ・ジョンストン、RMS タイタニック・遠征2003、NOAA-OE。

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より多くの電気的生物学を。

以前の「今日の写真」では、いくつかの単細胞生物がそれらの鞭毛を駆動するために電荷交換を利用する方法を説明しました。

ATPの変換ではなく、特別な細胞構造に沿ってプロトン(陽水素)を移動させ、電荷の流れをトルクに変換します。

ボブ・バラードが1985年にタイタニック号を発見したとき、彼と彼の乗組員は不運な船にどれほどの錆があったかにショックを受けました。

長い「小柱」が大きな苔状の吹流しのように船体からぶら下がっているのが見えました。

貝殻はその後、厳密に化学的な観点から、タイタニックが構築された低炭素鋼を急速に崩壊させる少なくとも27の細菌種を含むことが判明しました。

一部の細菌コロニーは、腐食プロセスを使用して生化学に燃料を供給することができます。

腐食は、湿った環境で金属(この場合は鉄)に応力が加えられた場合、または2つの金属片が緩く結合されている場合など、空気から遮断された場合に発生します。
http://www.chem1.com/acad/webtext/elchem/EC-images/EC_map7.jpeg

金属イオンは湿気で溶解し、陽極から陰極への電子の移動を引き起こします。


これは、鉄が導電性であり、電子がそれを通って流れるためです。


その後、電子は最も一般的な酸素などの「デポラ・ライザ」によって取り込まれます。


結果として生じる水酸化物イオンは、酸化第一鉄(Fe2 +)とともに、さびとして知られている含水酸化鉄を形成します。


細菌が金属の蒸散にどのように使用できるかは一般に理解されていません。

しかしながら、2004年2月26日号のネイチャーでは、マックス・プランク・インスティテュートの科学者が、鉄をエネルギーとして使用して細菌が存在できるいくつかのプロセスを特定したと報告されています:
「Fe3に電子を置いてFe2を生成する微生物が世の中に存在し、それらはしばしば呼吸鉄と呼ばれます。

この場合、それは鉄を食べるようなものです。」

これらの細菌の種類は、化学栄養菌と呼ばれます。
https://www.thefreedictionary.com/Chemotrophic

アメリ微生物学会によって発行された「mBio」の2013年1月29日号では、科学者が鉄食菌を電気化学的に培養する方法を発見したことが発表されました。


本質的に、それらは細菌が呼吸に使用する自由電子の供給を彼らに提供します。

「これは、研究が非常に困難であった微生物を培養する新しい方法です。

しかし、これらの生物が必要なものすべてを電気だけで合成できるという事実により、私たちはその能力に非常に興味を持っています」とミネソタ大学のバイオ・テクノロジー研究所のダニエル・ボンドは述べています。

彼らは、細菌をFe2 +から受け取るのと同じ速度で細菌に電子を供給し、「細菌をだまして、彼らがFe(II)原子の世界最高のビュッフェにいると考えさせます」。

驚くべきことに、細菌のコロニーは電極上で成長しました。

媒体には鉄が存在しなかったので、それらは電荷の流れで生活していたことが証明されました。

他の研究チームは、電子を消費するだけでなく、それらは電圧がより低いときそれらを排出する事を特定しました。

将来的には、これらのさまざまな微生物の組み合わせが、充電と放電が可能な有機電池のようなものに貢献する可能性があります:
出力はコロニーのサイズによって異なります。

ティーブン・スミス


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Dec 18, 2017
More electric biology.
より多くの電気的生物学を。

A previous Picture of the Day described the way that some single-celled organisms make use of charge exchange in order to drive their flagella.
以前の「今日の写真」では、いくつかの単細胞生物がそれらの鞭毛を駆動するために電荷交換を利用する方法を説明しました。

Rather than the conversion of ATP, they move protons along special cellular structures, converting that flow of electric charge into torque.
ATPの変換ではなく、特別な細胞構造に沿ってプロトンを移動させ、電荷の流れをトルクに変換します。

When Bob Ballard found the Titanic in 1985, he and his crew were shocked by how much rust was present on the ill-fated ship.
ボブ・バラードが1985年にタイタニック号を発見したとき、彼と彼の乗組員は不運な船にどれほどの錆があったかにショックを受けました。

Long “rusticles” were seen hanging from the hull like great mossy streamers.
長い「小柱」が大きな苔状の吹流しのように船体からぶら下がっているのが見えました。

The rusticles were subsequently found to contain at least 27 bacterial species that were, from a strictly chemical viewpoint, rapidly disintegrating the low carbon steel out of which Titanic was built.
貝殻はその後、厳密に化学的な観点から、タイタニックが構築された低炭素鋼を急速に崩壊させる少なくとも27の細菌種を含むことが判明しました。

Some of the bacterial colonies can use the corrosion process to fuel their biochemistry.
一部の細菌コロニーは、腐食プロセスを使用して生化学に燃料を供給することができます。

Corrosion occurs in moist environments when a metal (in this case, iron) is stressed, or when it is shielded from the air, such as when two pieces of metal are loosely joined together.
腐食は、湿った環境で金属(この場合は鉄)に応力が加えられた場合、または2つの金属片が緩く結合されている場合など、空気から遮断された場合に発生します。
http://www.chem1.com/acad/webtext/elchem/EC-images/EC_map7.jpeg

Metallic ions dissolve in the moisture, causing electron movement from anodic to cathodic locations.
金属イオンは湿気で溶解し、陽極から陰極への電子の移動を引き起こします。


This happens because iron is conductive, allowing electrons to flow through it.
これは、鉄が導電性であり、電子がそれを通って流れるためです。


The electrons are then taken up by a “depolarizer”, such as oxygen, which is the most common.
その後、電子は最も一般的な酸素などの「デポラ・ライザ」によって取り込まれます。


The resulting hydroxide ions, along with ferrous oxide (Fe2+), form hydrous iron oxides, otherwise known as rust.
結果として生じる水酸化物イオンは、酸化第一鉄(Fe2 +)とともに、さびとして知られている含水酸化鉄を形成します。


It is not generally understood how bacteria can use metals for transpiration.
細菌が金属の蒸散にどのように使用できるかは一般に理解されていません。


However, in the February 26, 2004 issue of Nature, it was reported that scientists from the Max Planck Institute identified some processes by which bacteria can exist using iron for energy:

“There are microbes out there that put electrons onto Fe3 and generate Fe2, and those are often referred to as breathing iron.
しかしながら、2004年2月26日号のネイチャーでは、マックス・プランク・インスティテュートの科学者が、鉄をエネルギーとして使用して細菌が存在できるいくつかのプロセスを特定したと報告されています:
「Fe3に電子を置いてFe2を生成する微生物が世の中に存在し、それらはしばしば呼吸鉄と呼ばれます。

In this case, it’s more like eating iron.”
この場合、それは鉄を食べるようなものです。」

These bacterial types are called chemotrophs.
これらの細菌の種類は、化学栄養菌と呼ばれます。
https://www.thefreedictionary.com/Chemotrophic

In the January 29, 2013 issue of mBio, published by the American Society for Microbiology, it was announced that scientists have found a way to cultivate iron-eating bacteria electrochemically.
アメリ微生物学会によって発行された「mBio」の2013年1月29日号では、科学者が鉄食菌を電気化学的に培養する方法を発見したことが発表されました。


Essentially, they provide them with a supply of free electrons that the bacteria use for respiration.
本質的に、それらは細菌が呼吸に使用する自由電子の供給を彼らに提供します。

“It’s a new way to cultivate a microorganism that’s been very difficult to study.
「これは、研究が非常に困難であった微生物を培養する新しい方法です。

But the fact that these organisms can synthesize everything they need using only electricity makes us very interested in their abilities,” said Daniel Bond of the BioTechnology Institute at the University of Minnesota.
しかし、これらの生物が必要なものすべてを電気だけで合成できるという事実により、私たちはその能力に非常に興味を持っています」とミネソタ大学のバイオ・テクノロジー研究所のダニエル・ボンドは述べています。

They provided the bacteria with electrons at the same rate that they would receive from Fe2+ in order to “fool the bacteria into thinking they’re at the world’s best buffet of Fe(II) atoms.”
彼らは、細菌をFe2 +から受け取るのと同じ速度で細菌に電子を供給し、「細菌をだまして、彼らがFe(II)原子の世界最高のビュッフェにいると考えさせます」。

Surprisingly, the bacterial colonies grew on the electrode.
驚くべきことに、細菌のコロニーは電極上で成長しました。

Since there was no iron present in the medium, it proved that they were living off a flow of electric charge.
媒体には鉄が存在しなかったので、それらは電荷の流れで生活していたことが証明されました。

Other research teams have identified bacteria that not only consume electrons, they excrete them when the voltages are lower.
他の研究チームは、電子を消費するだけでなく、それらは電圧がより低いときそれらを排出する事を特定しました。

In the future, a combination of those various microbes could contribute to something like an organic battery that can be charged and then discharged:
the power output would vary by the size of the colonies.
将来的には、これらのさまざまな微生物の組み合わせが、充電と放電が可能な有機電池のようなものに貢献する可能性があります:
出力はコロニーのサイズによって異なります。

Stephen Smith
ティーブン・スミス