Vatten, den ödmjuka kombinationen av väte och syre, är avgörande för livet. Trots sin centrala plats i naturen, relativt lite är känt om vilken roll enstaka vattenmolekyler spelar i biologin.

Forskare vid Duke University, i samarbete med Arizona State University, Pennsylvania State University och University of California-Davis har studerat hur elektroner flödar genom vattenmolekyler, en process som är avgörande för energigenererande maskineri i levande system. Teamet upptäckte att sättet som vattenmolekyler samlas på fasta ytor gör att molekylerna kan vara antingen starka eller svaga förmedlare av elektronöverföring, beroende på deras inriktning. Teamets experiment visar att vatten kan anta en högre eller lägre ledande form, ungefär som den elektriska strömbrytaren på din vägg. De kunde växla mellan de två strukturerna med hjälp av stora elektriska fält.

I en tidigare artikel som publicerades för femton år sedan i tidskriften Vetenskap , Hertigens kemiprofessor David Beratan förutspådde att vattnets medieringsegenskaper i levande system skulle bero på hur vattenmolekylerna är orienterade.

Vattensamlingar och kedjor förekommer i hela biologiska system. "Om du känner till de ledande egenskaperna hos de två formerna för en enda vattenmolekyl, då kan du förutsäga de ledande egenskaperna hos en vattenkedja, sa Limin Xiang, en postdoktor vid University of California, Berkeley, och tidningens första författare.

"Precis som högen av LEGO-klossar, du kan också stapla upp en vattenkedja med de två formerna av vatten som byggstenar, sa Xiang.

Förutom att upptäcka de två formerna av vatten, författarna fann också att vatten kan ändra sin struktur vid höga spänningar. Verkligen, när spänningen är hög, vatten växlar från en hög- till en lågledande form. Faktiskt, det kan vara möjligt att denna omkoppling kan styra flödet av elektronladdning i levande system.

Denna studie markerar ett viktigt första steg i att etablera vattensyntetiska strukturer som kan hjälpa till att skapa elektrisk kontakt mellan biomolekyler och elektroder. Dessutom, forskningen kan bidra till att avslöja naturens strategier för att upprätthålla lämplig elektrontransport genom vattenmolekyler och kan belysa sjukdomar kopplade till oxidativa skadeprocesser.