Восемь лет назад ученые из Университета Калифорнии и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли разработали прототип биотехнической системы, которая при участии электронов превращает углекислый газ и воду в кислород и молекулы ацетата. Ацетат или уксусная кислота является строительным блоком для более сложных органических соединений. Чтобы реализовать этот удивительно похожий на фотосинтез процесс, ученые снабдили особые бактерии «экзоскелетом» из кремниевых нанопроволок, которые поставляли бактериям необходимые электроны.
Первая версия гибрида преобразовывала энергию солнечного света с эффективностью 0,4%. Примерно такой же «КПД» у большинства фотосинтезирующих земных растений. Однако ученые не спешили праздновать победу. Чудо-бактерии оказались слишком свободолюбивыми. В клетке из нанопроволоки им мешала жить кислая среда — результат производства уксуса. Исследователи искусственно повысили рН среды до более нейтрального, и увеличили срок пребывания бактерий в кремниевой «тюрьме» до недели. В результате эффективность гибридной системы возросла до 3,6%, то есть почти в 10 раз.
В успешном эксперименте нанопроволоки из кремния служили лишь проводниками для электронов, добываемых солнечными панелями. В реальности нанопроволоки будут поглощать энергию солнца, испускать электроны и доставлять их «к столу» питающихся углекислым газом бактерий. Молекулы ацетата, образующиеся в результате «трапезы» бактерий, станут строительными блоками для целого ряда органических молекул: от топлива и пластмасс до лекарств. Это решает проблему дорогостоящих поставок с Земли.
Пригодится на красной планете и кислород. «Около 96% атмосферы Марса составляет CO2, — напомнил профессор химии Пейдонг Янг (Peidong Yang), руководитель проекта, — Гибрид будет имитировать до 21% кислорода в атмосфере Земли». Единственное, что нужно, кроме углекислого газа, это вода. На Марсе ее полно в ледяных шапках и под грунтом на большей части планеты.
Сейчас ученые работают над генной модификацией организмов, способных преобразовывать ацетат в дрожжи. Другое направление исследований — роботизация бактерий. Квантовые точки, встраиваемые в их мембраны, смогут поглощать солнечный свет и выделять электроны. Самостоятельная добыча электронов избавит бактерии от необходимости носить кремниевые «экзоскелеты» из нанопроволок.
