Bakterid õpetavad valgust koguma

Mihkel Pajusalu on füüsikadoktorant, kes uurib, kuidas purpurbakterilt õppida valguse tootmist. Foto: Kristjan Teedema

Elektriautod, päikesepaneelid ja mitmed teised loodussäästlikud tehnoloogiad nõuavad materjale, mida on järjest raskem kätte saada. Loodus on aga välja mõelnud palju säästlikumaid lahendusi, mida tasuks energia tootmisel rakendada.

«Tehnoloogia arenguga oleme tegelikult liikunud teatud mõttes keerukama tehnoloogia pealt lihtsama suunas,» märkis Mihkel Pajusalu, kes on Tartu Ülikooli kolmanda aasta füüsikadoktorant. Pajusalu eesmärk on aru saada, kuidas bakterite kasutatavad lahendused toimivad. Nii on võimalik leida lahendusi inimeste üha suureneva energiatarbimisega kaasnevatele probleemidele.

Lihtsa näitena saada teada kas või seda, kuidas teha tuba valgeks väiksema materjalikuluga. Praegu on näiteks päevavalguslampides kasutusel haruldased muldmetallid, millest võiks saada lahti bioloogilisi süsteeme rakendades.

Miljardite aastate teadmine

Pajusalu uurib purpurbaktereid, kes on veekogude põhjas elanud juba kolm miljardit aastat.

Selle aja jooksul on need bakterid õppinud kavalasti ära kasutama väikesi, klorofüllimolekule sisaldavaid valke, mis toodavad energiat. Uurimisrühm, millesse Pajusalu kuulub, püüabki kasutada ära kolme miljardi aasta jooksul õpitut, et seda siis omakorda jäljendada ja inimeste heaks tööle panna.  

Purpurbakterid vajavad elutegevuseks energiat, nagu meiegi. Ainult et nemad suudavad seda toota isegi väga väikesest hulgast päikeseenergiast.

Pajusalu sõnul on võimalik kasutada nendesamade bakterite valke, panna need kahe metallplaadi vahele ja kasutada ära nende klorofüllimolekulide oskust koguda valgust. Sisuliselt sama toimub päikesepaneelides, kus kogutakse päikesevalgust ning muudetakse see elektrienergiaks.

Baktereid osatakse ka juba praegu inimestele energiat tootma panna. Näiteks on katsetatud bakteriaalseid kütuseelemente, mis lagundavad elektroodide läheduses suhkruid ja muid orgaanilisi aineid ning toodavad elektrit.

Teine võimalus oleks eraldada bakteritest fotosünteesiv valk ning panna see näiteks valgusti sees kiirgama. Praegu on aga nende komplekside probleemiks kiire vananemine ja lagunemine, eriti kui need puutuvad kokku hapnikuga. Edasiste uuringute tulemusena saab aga leida viise, kuidas neid valke stabiilsemaks muuta ja kuidas nende kiiratud valgust muuta just selliseks nagu vaja.

«Looduses on kõik need mehhanismid olemas, kuid praegu on nad meile ebasobival kujul,» selgitas Pajusalu. Bakterid kasutavad valgust koguvaid ja muundavaid valgumolekule oma elutegevuseks, inimestel on aga vaja, et need suudaksid näiteks valgusti sees helendada ja tuba valgustada.

Säästu- või bakterpirn?

Pole aga võimatu, et kümne aasta pärast saab poest osta elektripirni, mis pealtnäha on samasugune nagu praegune hõõg- või säästupirn. Selle sees aga annavad valgust väärisgaasi või hõõgniidi asemel helendavad bakterid või nende valgumolekulid. «See peaks olema täpselt sama hea kui see, mis praegu poodides on,» selgitas Pajusalu.

Praegu müügil olevatest on LED-valgusti küll tõhus, kuid kallim kui säästu- või hõõglamp. Säästupirn on kallim kui hõõgniidiga pirn ja peab kauem vastu, kuid on keskkonnale saastavam. Hõõglamp on küll odav, kuid põleb kiiresti läbi ja on suure energiakuluga. Mis võiks aga olla baktervalgusti hind?

Pajusalu sõnul on hind praegu prognoosimatu. Materjali selle tootmiseks on meid ümbritsevas keskkonnas peaaegu lõputult.

Eeliseks on seegi, et baktervalgusti tootmiseks poleks vaja kaevandada ega vedada kaugete vahemaade tagant väärismetalle. Baktervalgusti hind sõltub sellest, kui odavalt on võimalik seda masstootmises valmistada.


Purpurbakterid

• Purpurbakterid on lillakaspunast värvi ning selle rühma alla koonduvad mitmesugused bakterid. Neid on umbes 30 liiki.  

• Purpurbakterid sisaldavad bakterioklorofülli ja nad suudavad teha bakteriaalset fotosünteesi. Lisaks päikesele on nad võimelised saama energiat orgaaniliste ühendite oksüdeerimisest.

• Juuksekarva ristlõikele mahub kõrvuti umbes sada purpurbakterit.

• Purpurbakterid on tõenäoliselt ka inimese rakkudes olevate mitokondrite (toodavad inimese rakkudes energiat) eellased.

• Peale selle on nad ühed vanimad ja efektiivseimad fotosünteesijad ja domineerisid iidsetes ookeanides.