Ученые изучают микроорганизмы в пустыне для колонизации Луны и Марса

Исследователи факультета материаловедения и инженерии UCI и факультета биологии Университета Джона Хопкинса использовали электронную микроскопию высокого разрешения и передовые методы спектроскопической визуализации, чтобы получить точное представление о том, как микроорганизмы изменяют как природные минералы, так и синтетические нанокерамики. Ключевым фактором, по мнению ученых, является то, что цианобактерии производят биопленки, которые растворяют частицы магнитного оксида железа в гипсовых породах, впоследствии превращая магнетит в окисленный гематит.

Выводы группы, которые являются предметом статьи, опубликованной в журнале Materials Today Bio, могут открыть путь для новых биомиметических методов добычи полезных ископаемых. Авторы также заявили, что рассматривают результаты как шаг к использованию микроорганизмов в крупномасштабной 3D-печати или аддитивном производстве в масштабах, полезных в гражданском строительстве в суровых условиях, таких как на Луне и Марсе.

Благодаря биологическому процессу, который развивался в течение миллионов лет, эти крошечные горняки выкапывают горные породы, извлекая минералы, необходимые для физиологических функций, таких как фотосинтез, которые обеспечивают их выживание. Могут ли люди использовать аналогичный биохимический подход для получения полезных ископаемых и управления ими? Этот проект привел нас по этому пути»,

 сказал корреспондент Дэвид Кисайлус, профессор материалов UCI. наука и техника.

Пустыня Атакама — одно из самых засушливых и негостеприимных мест на Земле, но Chroococcidiopsis, цианобактерия, обнаруженная в образцах гипса, собранных там командой Джона Хопкинса, развила самые удивительные приспособления, чтобы выжить в своей каменистой среде обитания. Некоторые из этих способностей включают производство хлорофилла, который поглощает дальнекрасные фотоны, и способность извлекать воду и железо из окружающих минералов.

Используя передовые электронные микроскопы и спектроскопические инструменты, исследователи нашли доказательства существования микробов в гипсе, наблюдая, как преобразовывались сами содержащиеся в нем минералы.

Клетки цианобактерий способствовали растворению магнетита и солюбилизации железа, производя большое количество внеклеточных полимерных веществ, что приводило к растворению и окислению магнетита в гематит. Производство сидерофоров [железосвязывающих соединений, образуемых бактериями и грибами] было усилено в присутствии наночастиц магнетита, что предполагает их использование цианобактериями для получения железа из магнетита

сказала соавтор исследования Джоселин Ди Руджеро, адъюнкт-профессор биологии Балтиморского университета.

Кисайлус сказал, что то, как микроорганизмы перерабатывают металлы заставило его задуматься о наших собственных методах добычи и производства. Человек в ходе добычи полезных ископаемых находит руды, которые могут создавать проблемы для извлечения ценных металлов. Их приходится подвергать экстремальной переработке, чтобы превратить их в нечто ценное. Такая практика может быть дорогостоящей в денежном и экологическом отношении. Теперь же ученые разрабатывают биохимический подход с использованием природных или синтетических аналогов сидерофоров, ферментов и других элементов для обработки минералов там, где в настоящее время работает только большая механическая дробилка. Новые методы могут позволить заставить микроорганизмы использовать аналогичные биохимические способности для производства инженерного материала по запросу в крайне неудобных местах.

Я называю это «формированием Луны», а не терраформированием. Если вы хотите построить что-то на Луне, вместо того, чтобы тратить деньги на то, чтобы люди делали это, мы могли бы использовать роботизированные системы для 3D-печати, а затем позволить микробам переконфигурировать это во что-то ценное. Это можно было бы сделать, не подвергая опасности человеческих жизней,

— сказал Кисайлус.