Was die Eisenatmung mit Stromproduktion zu tun hat

Dieser Beitrag wird uns von Philipp Paeslack präsentiert.
Shewanella Oneidensis

Shewanella Oneidensis

Eisen zu atmen hört sich für die meisten Leute vermutlich ziemlich paradox an, zumal Feststoffe irgendwie schlecht in die Lunge gelangen können ohne dass man sich dabei verschluckt.

Während man im allgemeinen Sprachgebrauch mit „Atmen“ das Luftholen meint, gibt es aus biologischer Sicht eine deutlich breitere Definition des Begriffes, nämlich den (oxidativen) Abbau von energiereichen Substanzen bei der gleichzeitigen Reduktion eines externen Elektronenakzeptors. Um etwas Klarheit in diese Fachsimpelei zu bringen, nehmen wir mal uns selbst als Beispiel. Wenn wir Luft holen führen wir unseren Zellen damit den Elektronenakzeptor zu, den Sauerstoff. „Energiereiche Substanzen“ meint in unserem Fall Zucker, Fette und Proteine. Die Nahrung wird in den Zellen „verbrannt“ und zu Kohlenstoffdioxid umgewandelt (oxidiert), wobei Elektronen übrig bleiben. Diese werden letztlich auf den Sauerstoff übertragen, um sie wieder loszuwerden, wobei Wasser entsteht (eine Reduktion). Bei der Eisenatmung entsprechen Eisenverbindungen dem Sauerstoff, Nahrung bleibt Nahrung.

So weit so gut. Der Großteil der in der Erdkruste vorkommenden Eisenverbindungen lassen sich nicht in Wasser lösen, doch sind die Zellen aller organischen Lebewesen mit Wasser gefüllt. Selbst wenn man es also irgendwie fertig bringen würde das Eisen in den Körper zu bekommen, hätte man dann Eisenklümpchen in den Zellen und das klingt nicht nur ungesund.

Shewanella Oneidensis

Shewanella Oneidensis

Nun gibt es in Sedimenten von Seen und Flüssen ein ganz ausgefuchstes Exemplar eines Bakteriums, das auf den Namen Shewanella oneidensis hört und sich ziemlich gute Lösungen für dieses ganze Chaos ausgedacht hat. Die Elektronen, die es aus dem Verbrennen seiner Nahrung gewinnt, pumpt es nämlich einfach aus der Zelle raus. Dort reduzieren sie die Eisenverbindungen. Es atmet also Eisen. Und nicht nur das. Wenn gerade kein Eisen zur Hand ist, tut´s auch mal Chrom, Mangan, Uran, und und und…. Und als wäre das alles nicht genug, pumpt er seine Elektronen auch mal auf die Anode einer Brennstoffzelle wenn´s unbedingt sein muss.

Von dort fließen sie dann zur Kathode und dabei entsteht Strom. Denn die Elektronen, die bei uns in den Zellen rumfliegen, unterscheiden sich von denen in der Steckdose überhaupt nicht. So kommt es, dass sich Forschungsgruppen auf der ganzen Welt gerade darin übertrumpfen, wer den meisten Strom aus den Mikroben saugen kann. Um noch einen drauf zu setzen bringen sie ihnen noch bei, wie sie ganz nebenher noch Wertstoffe wie Polylactat herstellen, das als Grundstoff für bioabbaubaren Kunststoff dient. Zu futtern gibt man den armen Viechern nichts anderes als Industrieabfälle oder Abwässer.

Nur einen Haken hat die ganze Sache. Bis es soweit ist, dass mit einer solchen mikrobiellen Brennstoffzelle auch nur annähernd ein Haushalt mit Strom versorgt werden kann, werden noch einige Jahre ins Land ziehen, und auch sonst steckt die Technik noch ziemlich in den Kinderschuhen.

Ein Forscher namens Ian Kelly hat mithilfe dieser Brennstoffzellen ein recht aussergewöhnliches Projekt realisiert, den Slugbot. Dieser Roboter fährt durch den Garten, erkennt und ergreift Schnecken, um diese dann in einer eingebauten Mikrobiellen Brennstoffzelle zur eigenen Stromversorgung einzusetzen…

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