Das winzige Zahnrad tanzt leicht hin und her. Es dreht sich ruckelnd und ohne erkennbaren Antrieb. Den kann man erst beim Blick durchs Mikroskop erahnen: Es sind Bakterien, die das Rädchen anschieben. Das Experiment haben Forscher des Argonne National Laboratory (ANL) nahe Chicago aufgebaut, in einem der größten Forschungsinstitute des amerikanischen Energieministeriums. Hier entstand die Idee, die kleinen Organismen könnten als Motor arbeiten und etwas mechanisch antreiben, zum Beispiel eben ein winzig kleines Zahnrad in einer Flüssigkeit.
"Bakterien sind Schwimmer", sagt Igor Aronson vom ANL, "sie bewegen sich zwar scheinbar zufällig, schwimmen aber doch in bestimmte Richtungen, und wenn sie mit dem Zahnrad zusammenstoßen, schwimmen sie einfach weiter." So schieben sie das Zahnrad an, obwohl es Millionen mal so schwer ist wie jedes einzelne Bakterium. Die Zähne des Rades, das einen Durchmesser von einem Drittel Millimeter hat, sind dabei abgeschrägt wie beim Blatt einer Kreissäge. Wären sie symmetrisch, dann würde das Rad stehen bleiben, gestoppt duch die Schubkraft der Bakterien, die in Gegenrichtung schwimmen.
Die Bakterien schwimmen in einer Nährlösung, "so etwas wie Hühnerbrühe", sagt Aronson. Außerdem werden sie mit Sauerstoff versorgt. Darüber lässt sich auch ihre Bewegung grob kontrollieren. "Pumpen wir Sauerstoff hinein, schwimmen die Bakterien und drehen das Zahnrad, geben wir Stickstoff hinein, stoppen sie, sie schlafen sozusagen." Gibt es innerhalb von fünf Minuten erneut Sauerstoff, wachen die Bakterien aus ihrer Starre wieder auf - es ist fast so, als wenn man im Auto mal aufs Gaspedal drückt und dann wieder nicht.
Video: Igor Aronson, Argonne National Laboratory
Die Idee klingt einfach, und auch die Bakterien, Bacillus subtilis, sind nichts Besonderes: Man findet sie überall in der Luft und im Boden. Doch das Experiment ist kompliziert, schließlich müssen viele Komponenten wie die Bakterienzahl, die Zusammensetzung des Flüssigkeitsfilms und die Sauerstoffzufuhr aufeinander abgestimmt werden.
Bisher läuft der Bakterienmotor auch nur im Labor. Zur Stromerzeugung eignet er sich ohnehin nicht, da er sehr klein ist. Die Zahnräder haben nur die dreifache Breite eines Haares. Sie wandeln auch zu wenig Energie um: Um eine Glühbirne eine Stunde leuchten zu lassen, bräuchte man einige Billiarden Zahnräder gleichzeitig. Die Physiker sehen für ihren Motor aber einen anderen Anwendungszweck: Er wäre ein perfekter Mini-Mixer, wie Aronson sagt: "Chemikalien in winzigen Mengen zusammenzumischen, ist schwierig, Bakterien könnten sich hier als nützlich erweisen: Die Zahnräder fungieren dann als Schaufeln und mischen Chemikalien in winzigen Dosen zusammen."