蒸発により胞子にエネルギーが与えられる - 株式会社チェリーブロッサム

による支援

サイエンステイク

転写物

上。下。上。下。 ((持ち上げビデオを見せて))それが蒸発の力です。そして胞子です。これらの胞子は休眠中の乾燥した細菌で、湿気で膨張し、乾燥すると収縮します。それぞれの長さは約 1 ミクロンで、これは 1 インチの 25,000 分の 1 に相当します。これらの小さなエンジンを利用するために、コロンビア大学の科学者たちは胞子の液体ペーストを作り、それを薄いプラスチックテープに塗りました。胞子は水から出る水を吸収したり失ったりします。蒸発すると、テープの部分が筋肉のように機能します。重りを持ち上げたり、小さなシャッターを開けたり閉めたりすることができます。車輪に動力を供給することもできます。胞子筋は、湿った室内で膨張すると小さな青い重りをホイールの軸から遠ざけますが、乾燥した空気中で収縮すると、それらを近づけます。体重の移動により車輪が駆動されます。このシステムを搭載した車はおもちゃですが、そのアイデアは素晴らしいものです。そして最終的には、機械もそうなる可能性があります。

ジェームズ・ゴーマン著

科学は常に、より優れた風車、新しいソーラーパネル、住宅用の地熱ヒートポンプなど、自然エネルギー源を活用する新しい方法を模索しています。

しかし、コロンビア大学の科学者たちは、本当に珍しいものを思いついた。それは、小さな細菌の胞子を使って、地球の気候と天候にとって非常に重要な要素である蒸発という、大規模なエネルギー伝達のプロセスを利用する方法だ。

胞子は乾燥した休眠状態の細菌です。水分を吸収すると膨張し、水分を失うと収縮します。研究者らは、蒸発を制御できれば、胞子の膨張と収縮を制御でき、小さな筋肉のように使えることに着目した。

問題は、それらが非常に小さいことです。それぞれの胞子の長さは約 1 ミクロンです。 2 万 5,000 個を端から端まで並べると、約 1 インチ伸びます。科学者たちが行ったのは、信じられないほど小さいものと単に小さいものとの間のギャップを埋める方法を考案し、おもちゃの車のような装置に電力を供給して、その方法が機能することを実証することでした。

『Nature Communications』誌に掲載された新しい研究報告書の主任著者である生物学者のオズグル・サヒン氏は、これは他の人たちに次の飛躍を促すための手段にすぎないと述べた。同氏は、Xi Chen氏と彼の研究室の他の人々が開発したプロセスは、より大きな規模で機能する可能性があると述べた。風車ほどの大きさで、蒸発によって動くものを想像してみてください。それをモイスチャーミルと呼んでください。

スタンフォード大学の生物物理学者であるマヌ・プラカシュ氏は、この研究には何の関係もなかったが、「素晴らしいのは、1ミクロンの細菌性のものを、私がデザインできる日常的な材料に変えるというこの概念だ。」

この研究は、オズグル博士の研究室が他の理由で細菌胞子の特性を調査していた以前のプロジェクトから発展しました。研究チームは、膨張と収縮に伴うエネルギーを計算し、そのエネルギーを活用する必要があると考えました。

「でも、どうやって使うの？」彼は当時疑問に思ったことを思い出した。 1 個の胞子には価値がなく、何らかの実用的な形で数百万個が必要でした。研究チームが行ったのは、胞子を希釈した接着剤と混合して一種のペーストを作成し、それを薄いプラスチックテープに塗布し、そのペーストが乾燥することでした。

テープの各部分は人工筋肉として機能し、湿度の変化に応じて伸縮します。さまざまな設定でテープを使用して、サヒン博士のチームは、重りを持ち上げたり、シャッターを開閉したり、さらにはおもちゃの車に動力を供給したりするための小さな装置を作成しました。

研究室では、遍在していて無害な一般的な土壌細菌の胞子を使用しました。理論的には活動的な生活に戻る可能性があるが、サヒン博士は「胞子は、特定の化学物質や栄養素などの引き金があると目覚める。実験ではこれらはどれも存在しない」と述べた。水自体は誘因ではありません。

サヒン博士の期待通り、起業家やエンジニアがこのプロセスに十分な興味を持ち、実用化を追求すれば、細菌が遺伝子操作されて目覚める可能性がさらに低くなる可能性がある。

生きた土壌バクテリアが危険をもたらすというわけではありませんが、バクテリアは胞子として保持する硬い殻を失うため、バクテリアが復活すると、胞子の力を利用する装置の効率が低下します。

プラカシュ博士は、この研究には「多くの生物学的インスピレーション」があると述べた。植物はさまざまな方法で蒸発を利用します。たとえば、巨大な木に水を汲み上げたり、サヤが乾いたときに種子を爆発的に散布させるために使用します。

同氏によると、コロンビアのグループは、蒸発の力と胞子の異常な膨張物質を組み合わせて、まったく新しいものを作り出したという。

「蒸発は美しい」と彼は言った。