Эксперимент на МКС показывает, как можно добывать ископаемые в космосе с эффективностью 400%
Добывать минералы в космосе может быть немного проще, чем предполагалось — с помощью некоторых из самых крошечных жителей Земли.
Эксперименты на борту Международной космической станции показали, что бактерии могут повысить эффективность добычи полезных ископаемых в космосе более чем на 400 процентов, предлагая гораздо более простой способ доступа к таким материалам, как магний, железо и редкоземельные минералы, которые широко используются в производстве электроники и сплавов.
Здесь, на Земле, бактерии играют очень важную роль в извлечении минералов из земли. Они участвуют в естественном выветривании и разрушении горных пород, высвобождая содержащиеся в них минералы.
Эта способность бактерий выщелачивать металлы из окружающей среды была использована в горнодобывающих предприятиях; называется биомайнингом, он имеет ряд преимуществ. Это может помочь, например, снизить зависимость от цианида при добыче золота. Бактерии также могут способствовать обеззараживанию загрязненной почвы.
В космических средах, таких как астероиды, Луна и даже Марс, добыча полезных ископаемых будет ценным инструментом, поскольку мы создаем человеческие аванпосты. Доставка материалов с Земли стоит дорого; даже самый дешевый вариант, Falcon Heavy от SpaceX, стоит 1500 долларов за килограмм полезной нагрузки. Поэтому ученые изучали возможность биодобычи в космосе.
«Микроорганизмы очень разнообразны, и по мере того, как мы перемещаемся в космос, их можно использовать для выполнения множества процессов», — пояснила астробиолог Роза Сантомартино из Эдинбургского университета в Великобритании. «Элементная добыча ископаемых потенциально является одним из них».
За 10 лет команда разработала небольшое устройство размером со спичечный коробок, названное реактором биоразработки, которое можно было легко транспортировать и устанавливать на Международной космической станции. Затем, в июле 2019 года, 18 из этих реакторов биоразработки были отправлены на МКС для экспериментов на низкой околоземной орбите.
Каждый реактор биодобычи содержал бактериальный раствор, в который погружали небольшой кусок базальта, вулканической породы, изобилующей на Луне. В течение трехнедельного периода базальт подвергался воздействию бактериального раствора, чтобы определить, могут ли бактерии выполнять ту же функцию выветривания горных пород в условиях низкой гравитации.
В моделировании гравитации Марса, имитации гравитации Земли (с использованием центрифуги) и микрогравитации команда провела эксперименты с отдельными растворами трех разных бактерий: Sphingomonas desiccabilis, Bacillus subtilis и Cupriavidus metallidurans. Контрольный раствор без бактерий использовали в качестве исходного уровня.
Исследователи обнаружили, что не было значительных различий в эффективности бактериального выщелачивания в зависимости от условий силы тяжести, а для B. subtilis и C. Metallidurans извлечение редкоземельных минералов было ниже и незначительно отличалось от контрольного раствора, соответственно.
Однако раствор S. desiccabilis привел к извлечению из базальта значительно большего количества редкоземельных минералов, чем контрольный раствор.
«Для S. desiccabilis во всех отдельных редкоземельных элементах и во всех трех гравитационных условиях на МКС организм выщелочил от 111,9% до 429,2% небиологических контролей», — пишут исследователи в своей статье.
Поскольку ранее было показано, что микрогравитация влияет на микробные процессы, сходство между концентрациями минералов, извлеченных во всех трех условиях гравитации, стало чем-то неожиданным. Однако команда отметила, что все три бактерии достигли одинаковых концентраций во всех трех условиях силы тяжести, вероятно, потому, что у них было достаточно питательных веществ для этого.
Они пришли к выводу, что при достаточном количестве питательных веществ биодобыча возможна в различных условиях силы тяжести.
«Наши эксперименты подтверждают научную и техническую осуществимость биологически усиленной добычи элементарных ресурсов в Солнечной системе», — сказал астробиолог Чарльз Кокелл из Эдинбургского университета.
«Хотя добывать эти элементы в космосе и доставлять их на Землю экономически нецелесообразно, космическая биодобыча потенциально может поддержать самоподдерживающееся присутствие человека в космосе.
Например, наши результаты показывают, что строительство роботизированных и обслуживаемых людьми рудников в районе Луны Oceanus Procellarum, где есть породы с повышенными концентрациями редкоземельных элементов, могло бы стать одним из плодотворных направлений научного и экономического развития человечества за пределами Земли».
Исследование опубликовано в Nature Communications.
Источники: Фото: Бактерия Sphingomonas desiccabilis, растущая на базальте, видна справа в естественно пористой породе, использованной в исследовании Biorock. Credits: Rosa Santomartino, UK Centre for Astrobiology/University of Edinburgh
