In de modder van de Zeeuwse kust leeft een bacterie die elektriciteit kan geleiden. Wat begint als een stinkende zoektocht naar modder, leidt naar een onverwachte vraag: kunnen deze microben ons iets leren over de elektronica van de toekomst?
“Hier ruikt het ook heel goed”, roept Remy enthousiast terwijl hij zijn schop opnieuw in de modder steekt. We staan in de Rattekaai, een getijhaven aan de Oosterschelde in Zeeland. Het is 10u52, laagtij. In waadpakken zoeken we in de natte bodem, terwijl mijn laarzen langzaam dieper wegzakken. Na een autorit van bijna twee uur volg ik hier drie doctoraatstudenten die met opmerkelijk veel enthousiasme modder verzamelen.
Het is jammer dat foto’s geen geuren vastleggen. Wat Remy beschrijft als een “goede geur” is in werkelijkheid een penetrante zwavelstank: de geur van rotte eieren. Voor het onderzoek is dat echter een veelbelovend signaal. Het verraadt precies de ondergrond waarnaar we op zoek zijn.
Zijn dit biologen of geologen die ik volg? Niet meteen. Remy Ratajczak is verbonden aan de vakgroep fysica van de Universiteit Hasselt. Zijn onderzoek situeert zich in de nanotechnologie, het vakgebied dat materialen bestudeert op de nanoschaal, waar een nanometer een miljardste van een meter is.
Nog maar een week geleden hoorde ik hem een presentatie geven over experimenten met verpakkingsplastiek, onderzocht met hypertechnische apparatuur zoals een atoomkrachtmicroscoop. Het instrument tast oppervlakken af met een extreem fijne tip — alsof het de groeven van een oude platenspeler volgt — en brengt zo structuren op nanoschaal in kaart.
Het X-LAB aan de UHasselt, waar Remy werkt, staat onder leiding van de experimentele fysicus Jean Manca. Wie met hem over onderzoek spreekt, krijgt al snel een uitleg over elektriciteit, nanomaterialen en de toekomst van zonnepanelen. Sinds kort loop ik er zelf ook rond. Professor Manca is een groot pleitbezorger van interdisciplinair onderzoek, en daarom draaien naast fysici ook kunstenaars mee in het lab — en nu dus ook een filosoof.
Modder met potentieel
Hoe komt het dan dat ik, een half jaar nadat ik bij zo’n hypertechnologisch laboratorium aanklopte, plots in Zeeuwse modder sta? Dat heeft alles te maken met wat er in die modder leeft: kabelbacteriën.
Kabelbacteriën zijn lange, draadvormige bacteriën die elektriciteit kunnen geleiden. Ze vormen ketens van cellen die samen als een soort biologische kabel functioneren, soms meer dan een centimeter lang, wat enorm is voor een bacterie. Via die draad verbinden ze twee chemische reacties die ver van elkaar plaatsvinden: diep in de modder halen ze energie uit stoffen in het sediment, terwijl ze aan het oppervlak reageren met zuurstof uit het water. Met andere woorden: wat voor ons gewoon stinkende modder lijkt, blijkt voor deze bacteriën een elektrisch circuit te zijn.
Opmerkelijk genoeg zijn kabelbacteriën pas vrij recent ontdekt. In 2010 merkten onderzoekers in Denemarken iets vreemds op in zeesediment. Chemische reacties die normaal vlak bij elkaar plaatsvinden, bleken plots ‘ruim’ van elkaar gescheiden te zijn: in de modder gebeurde het ene proces, terwijl aan het oppervlak een ander plaatsvond.
Al snel bleek dat er ergens een elektrische stroom liep. Pas later werd duidelijk dat de geleiders geen metalen draadjes waren, maar levende structuren: bacteriën die als een biologische kabel door het sediment lopen. In 2012 verscheen de eerste publicatie over kabelbacteriën.
Sinds die eerste ontdekking zijn kabelbacteriën op allerlei plaatsen teruggevonden: in zee- en zoetwatersediment, in grondwater, zelfs in gewone tuingrond. Onderzoekers proberen ondertussen te begrijpen wat deze organismen precies zijn en hoe ze werken. In Denemarken en ook in Antwerpen gebeurt dat vooral vanuit de biologie. Daar bestuderen onderzoekers in welke omgevingen kabelbacteriën voorkomen, hoeveel soorten er bestaan en hoe zij hun specifieke vorm weten te verkrijgen.
In het X-LAB in Hasselt ligt de nadruk net iets anders. Hier trekt vooral één eigenschap van kabelbacteriën de aandacht: hun vermogen om elektriciteit te geleiden. Voor een groep die normaal werkt met nanomaterialen rijst al snel een andere vraag: kunnen we van zulke biologische geleiders iets leren?
Daarom is ook Giel Hendriks, een andere doctoraatsstudent van de UHasselt, nieuwsgierig meegekomen naar Zeeland. Zijn eigen project heeft niets met kabelbacteriën te maken. Maar mocht het onderzoek duidelijk maken hoe deze bacteriën precies stroom geleiden, dan hoopt hij dat inzicht later misschien te kunnen gebruiken in zijn eigen werk.
Professor Jean Manca zelf droomt luidop van mogelijke toepassingen. Als bacteriën elektriciteit kunnen transporteren via structuren die zichzelf opbouwen en afbreken, zou dat op termijn inspiratie kunnen bieden voor nieuwe soorten elektronische materialen — misschien zelfs bio-afbreekbare zonnepanelen.
Kieskeurige kabels
“Ze zijn heel kieskeurig”, benadrukt Lealia Derickx, de andere doctoraatstudent die rond kabelbacteriën werkt, terwijl hij een staal modder in een potje schept. Kabelbacteriën laten zich niet zomaar in een petrischaaltje opkweken. Ze hebben een zeer specifieke omgeving nodig: precies de juiste modder. Sommige onderzoeksgroepen proberen daarom zelfs artificiële modder te maken om hen in het lab te kunnen houden.
Dat is ook de reden waarom we hier in Zeeland staan. In dit gebied werden kabelbacteriën eerder al gevonden door onderzoekers uit Antwerpen. Als je ze ergens wil verzamelen, is het dus logisch om hier te beginnen — kniediep in de modder, op zoek naar organismen die je met het blote oog niet meteen ziet.
Maar hoe vind je bacteriën die je niet kan zien? Eerst vertrouwen we op onze neus. Het moet goed stinken. De typische geur van rotte eieren verraadt de aanwezigheid van zwavelrijke stoffen in de modder. Precies de omgeving waarin kabelbacteriën graag leven.
Ook de kleur van het sediment geeft aanwijzingen. Ideaal is een duidelijke scheiding: een zwarte laag modder onderaan, met daarboven een dunne grijze zone. Dat contrast wijst erop dat er net onder het oppervlak chemische processen plaatsvinden waar kabelbacteriën gebruik van maken.
Hoewel de bacteriën zelf niet met het blote oog zichtbaar zijn, en we geen microscoop hebben meegenomen, verzekeren Remy en Lealia me dat trucjes bestaan om ze toch te zien. Zo schept Remy een beetje modder op en legt die in een petrischaaltje. Wanneer hij erin roert, blijven sommige stukjes hardnekkig aan elkaar kleven. Dat komt doordat de lange bacteriedraden de modder als het ware samenhouden.
Een tweede test is een klompje modder voorzichtig openbreken en in het licht houden. Soms weerkaatsen er dan fijne glinsteringen. Dat zijn bundels van bacteriële draden die het licht vangen, wat erop wijst dat in deze ogenschijnlijk levenloze modder een elektrisch netwerk verscholen zit.
Terwijl onze emmers langzaam volraken, neemt de spanning een beetje toe. Lealia noteert bij elke opgraving vakkundig de coördinaten op zijn telefoon; zo kunnen deze plekken volgende keer teruggevonden worden. Mythische verhalen doen de ronde over de beste vangst van de vorige keer. “Toen wisten we dat we goed zaten zodra we erdoorheen liepen: het stonk meteen”, verzekert Remy me.
Voor we de emmers sluiten, kijkt Remy nog even naar het waterniveau. “Niet te weinig,” zegt hij, “de modder moet goed sappig blijven.” Kabelbacteriën hebben immers ook voldoende water nodig. Zodra alles dicht zit, sjouwen we de emmers weer naar de auto, vol donkere modder. En eerlijk gezegd: nu ben ik vooral benieuwd wat er allemaal in zit. Misschien wel kabelbacteriën.
De echte buit
Tijdens de terugrit begint iets me te dagen dat op het strand nog niet zo duidelijk was. Deze expeditie draait eigenlijk niet zozeer om de bacteriën zelf. Die hebben Remy en Lealia namelijk al in het lab. Waar ze écht naar op zoek zijn, is iets anders: de juiste modder.
Dat klinkt eenvoudiger dan het is. Kabelbacteriën zijn kieskeurige organismen. Ze groeien alleen in een heel specifieke omgeving. In het lab proberen onderzoekers die omstandigheden zo goed mogelijk te reconstrueren, maar voorlopig lukt het nog niet om de natuurlijke modder volledig te vervangen. Daarom sleuren ze de omgeving gewoon mee naar huis.
In het labo blijken er inderdaad al meerdere soorten kabelbacteriën te leven: vier uit zoutwater, twee uit zoetwater. Voor die laatste werd de modder zelfs letterlijk uit Denemarken opgestuurd. De zoutwatersoorten? Daarvoor trekken de onderzoekers dus zelf het veld in, zoals vandaag in Zeeland.
Remy en Lealia dromen ook van een andere vangst. De zogenaamde gigga’s — een grotere soort kabelbacterie die makkelijker te bestuderen zou zijn. Ironisch genoeg weigeren die voorlopig koppig om in het lab te groeien. Daarom werken de onderzoekers voorlopig met kleinere soorten die wel betrouwbaar opkweken in hun zorgvuldig verzamelde modder.
Eenmaal terug in Hasselt wacht de modder een verrassend lot. In het steriele laboratorium worden de emmers geopend, stalen genomen en nauwkeurig gelabeld. Een deel verdwijnt meteen in de diepvries, als stalen voor later onderzoek. Met andere porties gaan de onderzoekers experimenteren: kleine hoeveelheden modder steriliseren en kijken welke van hun in-house bacteriën opnieuw tot leven komen. Een soort smaaktest voor de lokale bevolking.
Het resultaat is een vreemd maar fascinerend beeld: een hypermodern laboratorium waarin potjes staan gevuld met iets dat verdacht veel lijkt op strandmodder. En ergens in die donkere, zeegeurende smurrie loopt een netwerk van levende kabels — bacteriën die elektriciteit transporteren door de bodem.
