Tarih boyunca sayısız bilim insanı tarafından elektrik üzerine keşifler yapılmış olsa da, elektriğin yaygın olarak kullanılmaya başlanması 1890’li yıllara denk geliyor. Özellikle geceleri evlerin, sokakların aydınlatılmasını sağlayan elektrik, hayat tarzımızı da oldukça değiştiren bir icat oldu. 1900’ler boyunca dünya bir uçtan bir uca iletim ve dağıtım hatlarıyla çevrildi, ev içinde ve dışında elektrikle çalışan aletler icat edildi, geliştirildi.
Ne var ki elektriğin yaygınlaşması, sürekli büyüyen bir enerji talebiyle birlikte, elektrik üreten devasa santrallerin kurulmasına da sebep oldu. Bugün bu santrallerin ekosisteme verdiği zararlar, harcadığımız enerjiyi ve geliştirdiğimiz teknolojileri yeniden düşünmeye zorluyor bizleri. Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı artırılırken, teknolojik gelişmeler de doğadan ilham alan çalışmalara imza atıyor. Özellikle okyanus diplerinde yaşayan çeşitli deniz canlılarının vücutlarında kimyasal olarak ürettikleri elektrik, bilim insanlarının dikkatini çekmiş ve biyolojik elektrik üretimi araştırılmaya başlanmış bile.
Biyolüminesans veya kısaca biyo-ışık; bazı bakteriler, mantarlar gibi canlı varlıkların ürettiği lusiferin ve lusiferaz kimyasalları yoluyla elde ediliyor. Lusiferin molekülü oksijenle tepkimeye girerek ışık üretirken, lusiferaz enzimi de bu tepkimeyi hızlandırıcı bir görev üstleniyor. Canlılar biyo-ışığı hayatta kalma ve türlerinin devamlılığını sağlamak için kullanıyorlar. Şu anda yapılan araştırmalar ise canlı varlıkların, özellikle bakterilerin biyo-ışık özellikleri sayesinde, sürekli ve bedava bir enerji kaynağı sağlanabilir mi üzerine odaklanmış durumda.
Sahi nedir bu biyo aydınlatma? 
Yolların, bina cephelerinin, durakların gözü yormayacak şekilde mavi veya yeşil ışıkla aydınlatması için kollarını sıvayan Fransız bir şirkette çalışan araştırmacılar, Alivibrio fischeri adlı bakteriyi kullanarak şehir aydınlatması deneyi yaptılar. 3 Gün boyunca şehri aydınlatan bakteri, şeffaf kılıf içindeki jelde yaşıyor. Jel, bakterilerin canlı kalmasını ve beslenmelerini sağlıyor. Araştırmacılar, daha uzun süreli biyo-ışık üretimi için jelin içeriğinin ayarlanması veya sadece geceleri parlamasının bile toplam aydınlatma süresini uzattığını belirtiyorlar.
ABD’li araştırmacılar ise E.coli bakterisi içine biyolojik bir saat koyarak ne zaman parlayıp ne zaman söneceğinin ayarlanabilir olduğunu duyurdular. Daha sonra yapılan araştırmalarda birkaç bakterinin aynı anda biyo-ışık üretip sonra durmaları sağlandı. En son yapılan keşif ise özel bir buhar kullanılarak farklı bakteri kolonilerinin birbirleriyle iletişim kurduğu ve uzun mesafelere sinyal gönderebildikleri oldu. Bu buluş farklı kolonilerdeki bakterilerin birbirleriyle iletişim halinde senkronize çalışabildiğini gösterdi. Tabi şu anda yapılan bu çalışmalar mikro ölçekte.
Uzmanlar, bakterilerden yapılmış LED lambaların arsenik gibi düşük seviyedeki zehirli kimyasalların tespit edilmesinde kullanılabileceğini belirtiyorlar. Ayrıca hastalıkların izlenmesinde de biyo-ışıktan faydalanılıyor. Başlangıçta sadece bazı bakteri türlerinin biyo-ışık özelliği olduğu düşünülürken, yapılan incelemeler bizleri hasta eden çeşitli bakterilerin de (Streptococcus, Listeria monocytogenes) biyo-ışık üretme özelliği olduğunu ortaya koydu. Bakterilerin yaşadığı biyo-piller, mikrobiyal yakıt hücreleri yapımı da araştırılan konuların içinde. Mikrobiyal piller yakıt olarak atık ve kirli suları kullanabiliyor. Ancak bakterilerin beslenmesi sonrası ortaya çıkan atık sorunu henüz çözülmüş değil.
Bunların yanı sıra biyo-ışık yöntemini bitkilere uyarlamaya çalışan projeler var. Biyo-ışık üretiminde kullanılan enzim ve molekülleri bitki DNA’sına yerleştirerek, bitki ve ağaçların ışık vermesini sağlamayı amaçlıyorlar. Belki de gelecekte yol kenarına dikilen ağaçlar ile yapılacak kentlerin aydınlatılması.
Peki ya geri dönüşüm yaparak elektrik üretimi mümkün mü?
Çamurlu nehir kıyılarında veya deniz diplerinde yapılan araştırmalarda elektron tüketerek hayatta kalan bakteriler tespit edildi. Bu buluş, oksijenin nüfuz etmediği bu alanlarda yaşayan bakterilerin, sudaki çözünmüş oksijene, diğer bakteriler sayesinde eriştiği anlamına geliyor. Bakteri zincirleri, hücreleri birbirine bağlıyor ve muhtemelen hücrelerin arasından elektronların akmasına izin veriyor. Elektronlar üzerinden hayatta kalabilmek, kıt kaynakların olduğu yerlerde kolektif hayatta kalma stratejilerinden biri.
Düşük oksijenli habitatta yaşayan zincirdeki ilk bakteri, elektronları sülfürden alıyor ve bir sonraki bakteriye geçiriyor. Bu durum zincirdeki son bakterinin elektronları oksijene geçirmesine dek devam ediyor. Bakteriler bunu yaparken hücre yüzeyinden çıkan tellerini kullanıyorlar. Araştırmacıların “mikrobiyal nanoteller” olarak adlandırdıkları bu teller, elektriğin iletilmesinde kullanılan bakır tellerin işlevine benzer şekilde çalışıyorlar. Böylece elektronla beslenen ve elektron salgılayan bakteriler nanotellerle birbirlerine bağlanarak elektronları ortak bir elektrik şebekesine aktarabiliyorlar.
Bilim insanları iki farklı bakteri arasındaki bu elektronik işbirliği biçiminin, dünya atmosferinin oksijensiz olduğu milyarlarca yıl önce gelişmiş olabileceğini düşünüyorlar. Özellikle uzay araştırmalarında bu bakterilerden faydalanılarak, Mars veya Jüpiter benzeri bir gezegende Dünya ekosistemine benzer bir ekosistemin yaratılması konusunda çalışmalar devam ediyor.
Dahası, bu bakterilerin toksik atıklarla ve çevre kirliliği ile baş etmede etkili bir yöntem olacağı düşünülüyor. Bakteriler beslendikleri elektronları zehirli kimyasallardan, petrol sızıntılarından veya nükleer atıklardan alma potansiyeline sahipler. Atıklarla beslenen bakteriler, organik bileşikleri karbondioksite dönüştürürken veya plütonyum ve uranyum gibi çözünebilen radyoaktif metalleri yeraltı suyunu kirletme olasılığı daha düşük olan çözünmeyen formlara dönüştürürken aynı zamanda da elektrik üretecekler.
Sonuçta bakteriler vasıtasıyla ışık kirliliğini azaltabilir, yaşadığımız çevreyle uyumlu temiz enerji üretimi sağlayabiliriz. Kim bilir belki de akıllı telefonunuz tuvalet atıklarınızla beslenen biyo pillerle çalışacak gelecekte…
Selma Eroğlu (Makina Mühendisi)
Kaynaklar:
- https://www.newscientist.com/article/2078921-glow-in-the-dark-bacterial-lights-could-illuminate-shop-windows/
- https://news.berkeley.edu/2018/09/12/gut-bacterias-shocking-secret-they-produce-electricity/
Fotoğraflar: Glowee