Die Alchemie neu erfinden! Kann man reich werden, indem man sich nur auf Mikroorganismen verlässt?

Obwohl Mikroorganismen mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind, spielen sie in unserem täglichen Leben eine äußerst wichtige Rolle. So verwenden wir beispielsweise seit der Antike bewusst oder unbewusst Mikroorganismen in unserer Nahrung. Fermentierte Lebensmittel wie Joghurt, fermentierter Tofu und Kimchi sind die besten Beispiele.

Joghurt ist das Ergebnis mikrobieller Fermentation

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Tatsächlich können Mikroorganismen in der modernen Industrie aber viel mehr, als nur den menschlichen Appetit zu stillen. Mithilfe moderner Technologie können wir Mikroorganismen dazu nutzen, Kleidung für uns zu weben (mikrobielle Zellulose) , Werkzeuge, die wir üblicherweise verwenden, einzuschmelzen (mikrobielle Kunststoffe) , verschiedene Öle auszupressen, die als Energiequelle dienen (mikrobielle Brennstoffe) und uns sogar dabei zu helfen, Gold aus einfachen Erzen zu gewinnen.

In der allgemeinen Wahrnehmung scheinen Mikroorganismen und Gold nichts gemeinsam zu haben. Wie also betreiben Bakterien Alchemie?

Was ist die Essenz der Alchemie?

Um diese Frage zu beantworten, müssen wir zunächst das Wesen der „Alchemie“ verstehen.

Im Gegensatz zu Metallen wie Eisen, Kupfer und Aluminium, die hauptsächlich in Form von Verbindungen in Erzen gespeichert sind, ist Gold chemisch inaktiv und reagiert nicht so leicht mit gewöhnlichem Sauerstoff, Kohlendioxid, Wasser und sogar schwachen Säuren/Basen in der Umwelt. Daher besteht das Gold, das wir in Gesteinsminen entdecken, fast ausschließlich aus reinem Gold. Dieses Gold ist jedoch zwischen anderen Gesteinsbestandteilen in der gesamten Golderzschicht verstreut und der direkte Abbau größerer Goldnuggets wie beim Ausgraben von Fossilien ist selten .

Daher handelt es sich bei der Alchemie eigentlich um den Prozess, bei dem mithilfe bestimmter Methoden das verstreute Gold aus dem Erz „gefangen“ und dann wieder zu Goldnuggets oder Goldkörnern „kristallisiert“ wird .

Im tatsächlichen Betrieb wird oft eine große Menge Golderz benötigt, um eine kleine Menge Gold zu gewinnen. Das Gedicht von Bai Juyi, einem Dichter der Tang-Dynastie, „Sand durchqueren und Steine ​​meißeln, das ganze Jahr über, egal ob Winter oder Frühling, ist harte Arbeit“, beschreibt die Schwierigkeiten des Gold- und Silberabbaus zu dieser Zeit.

Das abgebauten Golderz muss zu feinem Pulver gemahlen und dann in Wasser gewaschen werden. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass Gold eine hohe Dichte hat und nicht so leicht mit Wasser verloren geht, um den Zweck der Siebung und Anreicherung von Gold zu erreichen.

In der modernen Alchemieindustrie werden einige chemische Reagenzien hinzugefügt, um den Abbauprozess zu unterstützen. Zu den chemischen Reagenzien gehört das hochgiftige Natriumcyanid. Daher ist die traditionelle Alchemieindustrie eine relativ umweltschädliche Industrie.

Auch Mikroorganismen können zu „Alchemisten“ werden

Der Prozess des Goldabbaus und der Goldverhüttung ist äußerst kompliziert, daher ist das direkt abbaubare Naturgold – Nuggetgold – besonders wertvoll. Geologen gehen davon aus, dass dieses Nuggetgold durch sekundäre Kristallisation entstehen sollte, nachdem sich die Goldpartikel im Golderz in Goldionen aufgelöst haben, der genaue Mechanismus ist jedoch seit langem nicht entschlüsselt worden .

In sehr seltenen Fällen kann natürliches Gold in Form von Nuggetgold vorkommen.

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Im Jahr 2006 wurde eine von Frank Reith, Professor an der Universität Adelaide in Australien, geleitete Studie in der Zeitschrift Science veröffentlicht. Im Rahmen der Studie wurden molekularbiologische Techniken eingesetzt, um biologische Komponenten auf der Oberfläche von natürlichem Gold in Australien zu erkennen und die DNA von 30 Bakterien zu identifizieren. Eines der Bakterien namens Ralstonia metallidurans wurde auf allen DNA-positiven Goldpartikeln gefunden und war im Boden, der das natürliche Gold umgab, nicht vorhanden.

Anschließend fügten die Forscher der Bakterienkultur eine Lösung mit Goldionen hinzu und beobachteten eine deutliche Goldfällung, was beweist, dass diese Bakterien an der Bildung von natürlichem Gold beteiligt sind. In den darauffolgenden Jahren wurde diese Ansicht durch Studien aus anderen Teilen der Welt gestützt und im dort vorkommenden natürlichen Gold wurden weitere Arten „alchemistischer Mikroorganismen“ entdeckt.

Warum können Mikroorganismen das?

Was die Wissenschaftler verwirrt, ist die Tatsache, dass Gold kein Nährstoff ist, Bakterien keine Energie liefern kann, nicht an den normalen Lebensaktivitäten von Bakterien teilnimmt und dass Goldionen für Bakterien sogar giftig sind. Warum also sammeln sich „alchemistische Mikroorganismen“ auf der Oberfläche von natürlichem Gold, um dort zu leben und an der Goldablagerung teilzunehmen?

Eigentlich kann man eher sagen, dass verschiedene Lebewesen in der Natur in der „vorteilhaftesten“ Umgebung leben, als in der „geeignetsten“ Umgebung. Der Grund, warum „alchemistische Mikroorganismen“ sich dafür entscheiden, auf Goldnuggets zu leben und an deren „Aufbau“ teilzunehmen, liegt darin, dass nur sie die Toxizität von Gold tolerieren können und andere Mikroorganismen nicht mit ihnen um Lebensraum und umgebende Nährstoffe konkurrieren .

Im Jahr 2018 veröffentlichte Dietrich H. Nies, Mikrobiologe an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, einen Artikel in der Zeitschrift Metallomics, in dem er enthüllte, dass der Vertreter der „alchemistischen Mikroorganismen“ – Cupriavidus metallidurans – extrazelluläre Goldionen durch ein Enzym namens „CopA“ in schwer absorbierbare Goldpartikel umwandelt und so dem Eindringen von Goldionen in seine eigenen Zellen widersteht und dabei einen „alchemistischen“ Effekt erzeugt. Wenn „CopA“ abgetrennt und einer Goldlösung hinzugefügt wird, entstehen auch Goldpartikel.

Diese Studie klärte den Mechanismus der mikrobiellen Beteiligung an der Bildung natürlicher Goldnuggets und erregte in den Bereichen Biochemie und Metallurgie besondere Aufmerksamkeit.

Kupfertolerante Bakterien auf Goldoberflächen

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Abschluss

Die „alchemistischen Mikroorganismen“ möchten ursprünglich vielleicht nicht so „golden“ werden, doch um zu überleben, entscheiden sie sich dafür, sich in einer goldreichen Umgebung niederzulassen und streben danach, einen „Schutzschild“ zu entwickeln, um gegen die Invasion des Goldes zu kämpfen. Dies macht sie auch so auffällig wie Gold, das für sie „Abfall“ sein sollte, wenn das Geheimnis der „mikrobiellen Alchemie“ gelüftet wird.

Andererseits zeigt die Entdeckung der „mikrobiellen Alchemie“, dass das Schmelzen natürlicher Goldnuggets das Werk von Mikroorganismen zu sein scheint. Wenn es uns gelingt, die „mikrobielle Alchemie“ zu einer praktischen Technologie zu entwickeln, die im großen Maßstab angewendet werden kann, wird dies mit Sicherheit dazu beitragen, die bestehenden Probleme der gegenwärtigen Alchemieindustrie zu lösen und eine grünere und nachhaltigere Entwicklung der menschlichen Gesellschaft zu fördern .

Verweise

[1]Reith F, Rogers SL, McPhail DC, et al. Biomineralisation von Gold: Biofilme auf bakterioformem Gold[J]. science, 2006, 313(5784): 233-236.

[2]Bütof L, Wiesemann N, Herzberg M, et al. Synergistische Gold-Kupfer-Entgiftung im Kern der Gold-Biomineralisierung in Cupriavidus metallidurans[J]. Metallomics, 2018, 10(2): 278-286.

Planung und Produktion

Produziert von Science Popularization China

Autor: Wang Jinhong Institut für Mikrobiologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Produzent: China Science Expo

Herausgeber: Lin Lin, Jin Yufen (Praktikant)