На пути к бионике

Гигантским биоэлементом является Мировой океан. В океанических и морских глубинах, как известно, обитают серобактерии. Для их существования, как и для любого живого организма, нужна энергия. Они получают ее несколько необычным способом, как бы в качестве вознаграждения за то, что они служат переносчиками кислорода от сульфатов морской воды к органическим соединениям - растительным и животным остаткам, опускающимся на дно. Кроме кислорода сульфатов, серобактерии доставляют для окисления органических соединений также кислород воды. Избыток энергии от этого процесса серобактерии и поглощают. Это их честно заработанная доля. В результате отщепления кислорода от иона сульфата в нижних слоях океана образуется "кислый" раствор сероводорода в воде, появляется много положительных ионов водорода (Н), а в верхних слоях образуется много отрицательных ионов гидроксила (ОН) (водород из расщепленных молекул воды уходит в ткани водорослей, образуя там углеводы). Так в океане возникают слои с разной электрической заряженностью. Ясно, что при этом должна появиться разность потенциалов, должен начать циркулировать электрический ток.

Для воспроизведения описанных бактериологических и электрохимических процессов ученые построили модель биохимического элемента, подобного океану. Две пробирки с платиновыми электродами и морской водой разного состава как бы имитировали природные условия в двух слоях океана - верхнем и нижнем. На электролитическом мостике между пробирками размножалась бактериальная культура; серобактерии осуществляли процесс, который они ведут в океане. Эта модель в лабораторных условиях работала непрерывно на протяжении нескольких месяцев. Она наглядно демонстрировала прямое превращение химической энергии в электрическую с помощью серобактерий. Такой биохимический топливный элемент дает напряжение около 0,5 вольт и ток более 1 миллиампера. Для получения больших напряжений и токов можно соединить такие элементы последовательно и параллельно. В настоящее время биохимические элементы дают энергию морским буям, автоматическим гидролокаторам, маякам и другим видам сигнальной и сторожевой аппаратуры.

Американская фирма "Мелпар" занимается разработкой биохимических топливных элементов для военной и космической аппаратуры. Среди исследуемых источников энергии - культура бактерий, питающихся сульфатами, организмы, выделяющие аммиак, метановые организмы. Эта фирма достигла некоторого успеха в извлечении водорода из травы, листьев и других форм растительности, который затем становится источником энергии для работы топливных элементов. Особое внимание военных ведомств привлекают элементы, которые могли бы работать непосредственно от дизельного или других видов топлива, применяемого в военной технике. Ученые полагают, что такие топливные элементы позволят удовлетворить потребность в портативных источниках питания.

Применяя комбинации из водорослей и бактерий для реакций окисления и восстановления, можно будет, по-видимому, создать биохимический топливный элемент, потребляющий лишь солнечную энергию и некоторые неорганические соли.

Биохимические элементы представляют собой прекрасный пример результативности глубокого проникновения бионики, микробиологии, физики и химии в механизм энергетических процессов микроорганизмов, пример высокой эффективности научных исследований энергетики живой природы в соответствии с запросами практики. Невольно на ум приходят слова академика Б. С. Якоби, более ста лет тому назад положившего начало практическому использованию электрохимии открытием гальванопластики: "...гальванизм будет служить новым примером и подкреплением в том все более и более распространяющемся мнении, что наука и практика должны взаимно поддерживать и усовершенствовать друг друга; что взаимное их действие друг на друга всегда будет иметь полезные следствия;... и, наконец, что самое мельчайшее зерно, посаженное наукою, рано или поздно, но непременно принесет плоды"*

* (Цит. по: А. Фрумкин. Второе рождение электрохимии. "Известия", 2 августа 1963 года.)

Наш рассказ о тружениках микромира был бы не полным, если бы мы не осветили их участия в решении еще одной жизненно важной для человечества проблемы. Речь идет о многогранной санитарной службе микроорганизмов. Но не о той, которую они успешно выполняют в общем круговороте жизни на Земле, а о той, к которой их привлек человек в силу ныне сложившихся обстоятельств. А обстоятельства эти таковы.