Bir gün Mars'ta koloniler kurmaya karar verdiğimizde ihtiyacımız olan şeyler güneş ışığının yanı sıra, Mars'ta kutup dairelerinde nispeten donmuş halde bol miktarda bulunan ve muhtemelen gezegenin çoğunda yeraltında donmuş olan sudur.

Bunu bilen kimyagerler, güneş ışığından enerji alarak, karbondioksit ve suyu organik moleküllere ve oksijene dönüştürmek için bakterilere aktaran hibrit bir bakteri ve nanotel sistemi oluşturmayı başardılar. Sistem Mars'ta, kolonilere yakıtlardan ilaçlara kadar organik bileşikler üretmek için hammadde sağlayabilir. Ayrıca yeryüzünde'de kullanılabilir olan böyle bir biyohibrid sistem, karbondioksitten kurtulmamız için çözüm olabilir. 

Verimlilik çoğu bitkinin fotosentetik verimliliğinden daha fazladır.

Araştırmacılar rekor bir verimlilik elde etmek için "Sporomusa ovata" bakterilerini kullandılar. Sistemde gelen güneş enerjisinin % 3.6'sı asetat adı verilen iki karbonlu bir molekül şekline dönüştürülür ve depolanır. Asetat genellikle sulu çözeltiler içinde bulunan negatif iyon ya da anyondur. Asetik asidin tuzu veya esteridir. Doğada, asetat sentez için en yaygın yapı taşıdır. Asetat molekülleri, yakıtlar, plastikler ve ilaçlara kadar bir dizi organik molekül için yapı taşı görevi görebilir. Diğer birçok organik ürün, bakteri veya maya gibi genetik olarak tasarlanmış organizmaların içindeki asetattan yapılabilir.

Biyohibrit olarakta adlandırılan sistem, bitkilerin doğal olarak karbondioksit ve suyu çoğunlukla şeker ve karbonhidrat olmak üzere karbon bileşiklerine dönüştürmek için kullandıkları fotosentez gibi çalışır. Bununla birlikte, bitkiler, tipik olarak güneş enerjisinin yüzde yarısından daha azını karbon bileşiklerine dönüştüren oldukça düşük bir verime sahiptir. University of California ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarında görevli akademisyen Peidong Yang'ın ve arkadaşlarının geliştirdiği sistem, CO2'yi şekere en iyi dönüştüren bitki ile karşılaştırılabilir.( % 4-5 verim ile şeker kamışı)

Yang genel olarak, güneş ışığından ve CO2'den verimli bir şekilde şeker ve karbonhidrat üretmek için sistemler üzerinde çalışıyor ve potansiyel olarak Mars kolonistlerine yiyecek sağlıyor.

Yang ve meslektaşları beş yıl önce nanotel-bakteri hibrit reaktörlerini ilk kez gösterdiklerinde, güneş dönüşüm verimliliği sadece% 0.4 civarındaydı. Yang, yaklaşık 15 yıl önce nanotelleri güneş panellerine dönüştüren ilk kişilerden biridir.

Araştırmacılar başlangıçta elektronları kimyasal reaksiyon için doğrudan bakterilere aktaran nanoteller üzerine daha fazla bakteri paketleyerek verimliliği artırmaya çalıştılar. Ancak bakteriler devreyi kırarak nanotellerden ayrıldı.

Araştırmacılar sonunda, asetat ürettiklerinde bakterilerin çevredeki suyun asitliğini azalttığını, yani pH ı artırdığını ve onları nanotellerden ayırmaları gerektiği keşfetti. O ve öğrencileri, sürekli asetat üretimi sonucunda yükselen pH'ın etkisine karşı koymak için suyu biraz daha asidik tutmanın bir yolunu buldular. Bu, nanotel ormanına daha fazla bakteri yerleştirmelerini sağladı ve verimliliği neredeyse 10 kat arttırdı. Paralel nanotellerin bir ormanı olan reaktörünü bakteri soyulmadan bir hafta boyunca çalıştırmayı başardılar.

Yapılan deneyde, nanoteller güneş emiciler olarak değil sadece iletken teller olarak kullanılmıştır. Harici bir güneş paneli sadece enerjiyi sağlamıştır.

Bununla birlikte gerçek dünyadaki bir sistemde, nanoteller ışığı emecek, elektronlar üretecek ve bunları nanoteller üzerinde toplanan bakterilere taşıyacaktır. Bakteriler elektronları alır ve bitkilerin şeker yapma şekline benzer şekilde, iki karbondioksit molekülünü ve suyu asetat ve oksijene dönüştürür.

Yang, "Bu silikon nanoteller aslında bir anten gibidir: Güneş fotonunu bir güneş paneli gibi yakalarlar. Bu silikon nanoteller içinde elektronlar üretecek ve onları bu bakterilere besleyecekler. Sonra bakteriler CO2'yi emiyor, sentezi gerçekleştiriyor ve asetat oluşturuyorlar" diyor.

Yang, sistemi başka şekillerde değiştirdi. Örneğin, bakterilerin güneş panelleri olarak hareket eden, güneş ışığını emen ve silikon nanotellere olan ihtiyacı ortadan kaldıran kendi zarına kuantum noktaları yerleştirmek. Bu cyborg bakterileri de asetik asit üretemeyi başarmıştır.

Bilim insanları, biyohibridin verimliliğini artırmanın yollarını aramaya devam ediyor ve aynı zamanda bakterileri genetik olarak çok yönlü ve çeşitli organik bileşikler üretebilecek şekilde geliştirmek için mühendislik teknikleri araştırıyor.

Araştırma, NASA'dan Uzayda Biyoloji Mühendisliğini Kullanma Merkezi'ne (CUBES) verilen bir bağışla destekleniyor. Merkez uzayda biyo-üretim teknikleri geliştirmek için multidisipliner şekilde çalışmaktadır.

Kaynak: https://www.sciencedaily.com/r