Det er en februar morgen på Marselisborg havn i Aarhus. Vinden suser, og vandet er isnende vinterkoldt.
Mellem bådene dukker en gruppe biologer og fysikere i waders op, bevæbnet med spande og skovle.
Hvad leder vi efter?
Frisk og stinkende mudder. For det er dér, de mystiske kabelbakterier holder til.
At vi trodser kulden denne morgen for et lille uanseligt væsen kan virke overraskende, men der er en god grund.
Da holdet af mikrobiologer ledet af Lars Peter Nielsen opdagede kabelbakterien i Aarhus i 2012, forudså de nemlig, at den kunne lede elektricitet over hidtil usete afstande og omskrive hele vores idé om elektricitet i naturen.
Denne opdagelse bragte en interessant tanke frem i en fysiker som mig: Kunne vi nogensinde bruge disse bakterier som ledninger i vores elektronik?
Det ville være ganske nyttigt, for hvert år smider vi omkring 40 millioner tons elektronisk affald ud, som det er svært at genbruge.
De giftige metaller i affaldet er ikke kun skadelige for miljøet, men påvirker også direkte sundheden for folk, der arbejder i genbrugsbedrifter.
At leve af elektricitet
Hvis det lyder mærkeligt for dig, at bakterier leder elektricitet, så lad os starte med dette:
Naturen (og vores kroppe i særdeleshed) er fuld af elektricitet.
Alt levende, som en bakterie eller en menneskecelle, skal producere energi for at leve. Den energi skabes fra en kemisk reaktion mellem mad og ilt, hvor små elektriske ladninger udveksles.
I hver af vores celler bevæger elektriske signaler sig således konstant over meget små afstande.
Det er her, det bliver specielt at være kabelbakterie. De lever nemlig af svovl (mad) og ilt, men svovlen findes kun flere centimeter dybt i mudderet, mens ilt kun findes i toppen.
Derfor består kabelbakterien ikke af én celle, som de fleste bakterier gør, men danner en lang kæde på op til 10.000 celler i træk.
Bakterierne strækker sig lodret i mudderet for at få adgang til begge næringsstoffer på én gang.
De elektriske ladninger, der udveksles mellem svovl og ilt, rejser igennem hele den centimeter lange kæde af bakterier.
Holdet der opdagede kabelbakterierne så kun én mulig forklaring: De skal lede elektrisk strøm for at holde sig i live.
Den forklaring førte et åbenlyst spørgsmål med sig: Kan kabelbakterierne virkelig lede elektricitet som et strømkabel?
Efter vores ekspedition i Marselisborg fiskede vi i laboratoriet forsigtigt de små bakterier op af mudderet og placerede bakterien mellem to elektroder.
Og ganske rigtigt viste det sig, at de faktisk ledte strøm – selv når de er døde!
Dermed viste vi ikke blot, at kabelbakterier kan overføre elektriske signaler for at overleve, men at de også selv producerer det ledende biomateriale.
Bakterierne flytter altså ikke bare elektriske ladninger; de danner selv biomateriale, der leder strøm på samme måde som en kobberledning.
Som et tog med 10.000 vogne
Biologisk set var det en stor nyhed. Vi har i årevis kendt elektricitet (med elektroner, ikke ioner) over store afstande, som den i de elektriske ledninger i vores hus eller i vores smartphones.
Men i naturen var den førhen kun blevet målt over små afstande på en tusindedel af en millimeter.
Nu har vi opdaget en organisme, der kan lede elektrisk strøm over en centimeter. Det er en gigantisk afstand på biologisk skala.
Omregnet til menneskelig målestok er en kabelbakterie som et tog med 10.000 vogne, der strækker sig hele vejen fra Aarhus til København.
Fordi der kun er mad i Aarhus og kun er luft i København, skal energien konstant transporteres fra vogn til vogn.
Men hvordan er kabelbakterierne i stand til at lede elektricitet over en hidtil uset stor afstand?
Mine kollegers eksperimenter med et atomkraft-mikroskop viste, at strømmen ikke løber gennem selve bakterierne.
Den løber i stedet gennem en masse fibre på 50 nanometer i diameter – en tusindedel af tykkelsen af et hår – placeret lige under bakteriens ydre cellemembran.
Vi kan se det som, at kabelbakterierne har en jakke, hvorunder et helt netværk af elektriske kabler er skjult.
Og det er et smart design af et elektrisk kredsløb, for hvis et kabel går i stykker, kan strømmen fortsætte med at løbe gennem kablerne omkring det.
Det minder meget om de sikringer, vi bygger ind i vores elektronik for at fejlsikre dem.
En bakterie med mange egenskaber
Tilbage til vores udgangspunkt: Kunne vi nogensinde bruge disse bakterier som ledninger i vores elektronik?
I modsætning til de ledninger, vi kender, består kabelbakteriernes ledende fibre af proteiner, som er perfekt komposterbare. Deres nøjagtige sammensætning er vi stadig ved at undersøge.
Men selv uden at kende fibrenes kemiske struktur, kan vi bruge elektriske målinger til at undersøge, om kabelbakterier kan bruges i bioelektronik.
For eksempel fandt vi ud af, at de tynde fibre kan klare meget høje strømme, endda flere end der i øjeblikket løber gennem strømkablerne i vores hjem. Det gør dem ideelle til brug i elektronik.
Endnu mere interessant end deres evne til at lede elektricitet er, at de kan bruges til beregninger.
Den grundlæggende byggesten, hvorfra enhver computer er bygget og leverer sin computerkraft, er transistoren, som er en form for en mini elektrisk afbryder.
Ud over fremragende ledningsevne fandt vi ud af, at de også har egenskaber som en transistor. Med andre ord kan vi forstærke strømmen gennem bakterien med et elektrisk felt.
Vi er endnu ikke klar til at lave en computer med kabelbakterier, men vi demonstrerer klart, at det er muligt at genskabe forskellige elektroniske kredsløb ved hjælp af kun biologiske materialer.
Bakterietelefonen?
Betyder det, at vi virkelig kan bruge kabelbakterier som elektriske kabler?
Chancen for, at vi vil fiske kabelbakterier til at lave fremtidige smartphones er lille, men denne forskning er en interessant start på en lang søgen efter at gøre vores elektriske apparater bæredygtige.
Vores forventning er, at vi ved at studere kabelbakterierne vil lære en masse om kraftfibrenes kemiske struktur, så vi til sidst selv kan producere dem eller en syntetisk analog i laboratoriet.
På den måde kan vi få ledninger i vores elektronik, der ikke skaber 40 millioner tons farligt affald om året.
Så selvom vi i 2023 har samlet en enorm viden om materialer og elektronik, er der stadig meget vi kan lære af det simple mudder fra de danske kyster.
\ Bestil et gratis forskerfordrag (2023)
Forskerzonen har bragt en del artikler skrevet af forskere, der til og med 27. marts kan bookes til et gratis onlineforedrag under Forskningens Døgn 21.-28. april.
Artiklerne er alle indenfor samme emne som foredragene.
Herunder linker vi til de foredrag, der kan bookes, samt forskernes relaterede artikler. For overblikkets skyld har vi delt dem op i kategorierne naturvidenskab, krop & sundhed samt kultur & samfund.
Husk: Alle kan bestille en forsker.
Naturvidenskab
Julia Kirch Kierkegaard med foredraget ‘Kontroversernes natur i energitransitionen: Hvem skal eje vinden?’ – læs artiklen ’Jordejere og projektudviklere laver hemmelige kontrakter om, hvor vindmøller skal stå’
Mikkel Meyer Andersen med foredraget ‘Mordsager og seksualforbrydelser opklares med statistik’ – læs artiklerne ’Mordsager kan opklares gennem genetisk slægtsforskning’ og ’Dansk DNA-database giver muligheder for genetisk slægtsforskning i nær familie’
Robin Bonné med foredraget ‘Clean up your electronics with … mud’ – læs artiklen ‘Hvad kan kabelbakterier lære os om bæredygtig elektronik?’
Anders Hedegaard Hansen med foredraget ‘Fremtidens energi-effektive hydrauliksystemer’ og kan bookes her’ – læs artiklen ’Spar på strømmen – energieffektive teknologier kan løfte den grønne omstilling’.
Kristian Scennevig med foredraget ‘Når frosne fjeldsider får hedeture – kæmpefjeldskred i Grønland og klimaforandringer’ – læs artiklen ‘Klimaforandringerne skaber kæmpefjeldskred og tsunamier i Grønland’
Peter Laursen med foredraget ’Galakser – Universets byggesten’ – læs artiklerne ’Big Bang – en øjenvidneberetning’ og ’Hvad er en galakse’ samt se videoen ’5 ting, du skal vide om galakser’.
Kasper M. Paasch med foredraget ‘Solcellesystemer og teknologi‘ – læs artiklen ‘Derfor skal solceller ud af skyggen‘
Tue Hassenkam ’Livets oprindelse – fra et nanometer perspektiv’ – hør podcasten ’På jagt efter livets byggeklodser i stjernestøv’
Erik Skovbjerg Rasmussen med foredraget ‘Da Nildeltaet lå på tværs af Jylland’ – læs artiklen‘ – læs artiklen ‘Vilde floder og et jysk Nildelta: Tag med på rejse til fortidens Danmark‘
Jes Henningsen med foredraget ‘Hvor lang tid varer et sekund?‘ – læs artiklen ‘Tiden går – eller gør den?‘
Laura Stidsholt med foredraget ‘Ny teknologi afslører flagermusens dødbringende jagt i mørket‘ – læs artiklen ‘Flagermus er effektive dræbere, fordi de jager med tunnelsyn‘
Krop og Sundhed
Macarena Gomez de Salazar med foredraget ‘Sweet dreams are… memories’ – læs artiklen ‘Hvordan gemmer vi minder, når vi sover?
Helle Gerbild med foredraget ‘Fysisk aktivitet kan forebygge og afhjælpe rejsningsproblemer‘ – læs artiklen ‘Rejsningsproblemer? Motion kan være løsningen‘
Sebastian Bao Dinh Bui med foredraget ‘Den flyvetur gav mig hovedpine! Bliv klogere på flyrelateret hovedpine‘ – læs artiklen ‘Flyrelateret hovedpine: Får du også smerter i hovedet, når du flyver?‘
Suresh Rattan med foredraget ’Age and ageing’ – læs artiklen ‘Den optimale levealder er 45 år’
Hanne Irene Jensen med foredraget ’Hvornår er det tid til at man skal sige stop? – læs artiklen ’Hvornår skal vi sige ja til døden og nej tak til behandling?’
Thorkild I.A. Sørensen med foredraget ‘Myter på afveje om fedme‘ – læs artiklen ‘Myte på afveje: Hvad kommer fedme af?‘
Jens Høiriis Nielsen med foredraget ‘Fedme og diabetes: Blot et spørgsmål om livsstil?‘ – læs artiklerne ‘Du bliver, hvad din mor og far har spist‘ og ‘Hvordan bekæmper vi bedst type 2-diabetes?‘
Jens Lykkesfeldt med foredraget ‘C-vitamins betydning for sundhed og sygdom‘ – læs artiklen ‘Holder C-vitamin dine blodkar sunde?‘
Kenneth Klingenberg Barfod med foredraget ‘Kan Fækal MIkrobiota Transplantation behandler tarmsygdomme og spiseforstyrrelser?‘ – læs artiklen ‘Slim-elskende bakterier fra frisk lort kan måske hjælpe anoreksi-patienter‘
Hanne Tange med foredraget ‘Interkulturelle kompetencer: Hvorfor, hvad og hvordan?‘ – læs artiklerne ‘Hvor vigtige er internationale studerende for dansk forskning?‘ og ‘Betyder mere engelsk på universiteterne en favorisering af amerikansk forskning?‘
Kultur & Samfund
Sabina Pulz med foredraget ‘Skam dig! Om arbejdsløse og skam’ – læs artiklen ’Jobcentrene lukker, men hvad skal vi sætte i stedet?’
Line Kristensen med foredraget ‘Dyr i forskning: Et foredrag om etikken i og historien bag dyreforsøg’ – læs artiklen ’Forsker: Derfor kan vi ikke undvære forsøgsdyr’
Thomas Søbirk Petersen med foredraget ’Debatten der aldrig vil dø – et forsvar for aktiv dødshjælp’ – læs artiklerne ’Forsker: Derfor bør aktiv dødshjælp være lovligt i Danmark’ og ‘Derfor er aktiv dødshjælp ikke en glidebane‘
Carsten Humlebæk med foredraget ’Er det bare Catalonien, der er gået i selvsving eller er det hele Spanien?’ – læs artiklen ’Er en løsning i sigte i Catalonien?’
Peter G. Harboe med foredraget ’Starten af et nyt projekt? 15 fælder og 15 gode råd.’ – Læs artiklen ’Sådan undgår du, at læring fra projekter går tabt’
Martin Klatt med foredraget ‘Grænser under pres. Hvad sker der med det grænseløse Europa?‘ – Læs artiklen ‘Grænser er kommet på mode igen‘
Karl Christian Lammers med foredraget ‘Tyskland efter murens fald’ – læs artiklen ‘5 ting, du skal vide om murens fald‘
Jørgen Mikkelsen med foredraget ‘Rejsen til Tranquebar: Danmarks handel med Kina og Indien i 1700-tallet‘ – læs artiklen ‘Selvmord og skibskapring: Tag med Asiatisk Kompagni på en dramatisk rejse til Indien i 1700-tallet‘
Henriette Lyngstrøm med foredraget ‘Eksperimentel-arkæologi – for sjov eller alvor?‘ – læs artiklerne ‘Vikingerne pyntede deres bygninger med overraskende farvevalg‘ og ‘Arkæolog: Vikingetiden burde hedde stålalderen‘
Ole B. Jensen med foredraget ‘Dark Design – når byen afviser mennesker gennem design‘ – læs artiklen ‘Dark design’ – når byen indrettes til at afvise mennesker‘.
