Minerały w kosmosie mogą być trochę łatwiejsze niż sobie wyobrażano – z pomocą jednych z najmniejszych mieszkańców Ziemi.
Eksperymenty na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej wykazały, że bakterie mogą poprawić wydajność wydobycia w kosmosie o ponad 400 procent, oferując znacznie łatwiejszy dostęp do materiałów, takich jak magnez, żelazo i minerały ziem rzadkich, które są szeroko stosowane w produkcji elektroniki i stopów. .
Tutaj, na Ziemi, bakterie odgrywają bardzo ważną rolę w wydobywaniu minerałów z ziemi. Biorą udział w naturalnym wietrzeniu i niszczeniu skał, uwalniając zawarte w nich minerały.
Ta zdolność bakterii do wypłukiwania metali ze środowiska została wykorzystana w operacjach górniczych; zwana biomining, ma kilka zalet. Może to pomóc, na przykład, zmniejszyć zależność od cyjanku w wydobyciu złota. Bakterie mogą również pomóc w odkażaniu zanieczyszczonej gleby.
W środowiskach kosmicznych, takich jak asteroidy, Księżyc, a nawet Mars, wydobycie będzie cennym narzędziem podczas budowania ludzkich placówek. Dostarczanie materiałów z Ziemi jest drogie; nawet najtańsza opcja, Falcon Heavy SpaceX, kosztuje 1500 USD za kilogram ładunku. Dlatego naukowcy zbadali możliwość bio-górnictwa w kosmosie.
„Mikroorganizmy są bardzo różnorodne, a gdy przemieszczamy się w kosmos, mogą być wykorzystywane do wykonywania wielu procesów” – wyjaśniła astrobiolog Rosa Santomartino z Uniwersytetu w Edynburgu w Wielkiej Brytanii. „Wydobywanie pierwiastków jest potencjalnie jednym z nich”.
W ciągu 10 lat zespół opracował małe urządzenie wielkości pudełka zapałek zwane reaktorem do obserwacji biologicznych, które można było łatwo transportować i instalować na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Następnie, w lipcu 2019 r., 18 z tych reaktorów do badań biologicznych zostało wysłanych na ISS w celu przeprowadzenia eksperymentów na niskiej orbicie okołoziemskiej.
Każdy reaktor na biomasę zawierał roztwór bakteryjny, w którym zanurzony był niewielki kawałek bazaltu, skały wulkanicznej obfitującej w księżyc. W ciągu trzech tygodni bazalt wystawiono na działanie roztworu bakterii, aby określić, czy bakterie mogą pełnić taką samą funkcję jak wietrzenie skał w warunkach niskiej grawitacji.
Symulując grawitację Marsa, grawitację Ziemi (przy użyciu wirówki) i mikrograwitację, zespół eksperymentował z oddzielnymi roztworami trzech różnych bakterii: Sphingomonas desiccabilis, Bacillus subtilis i Cupriavidus metallidurans. Jako punkt odniesienia zastosowano roztwór kontrolny bez bakterii.
Naukowcy odkryli, że nie ma znaczących różnic w skuteczności wymywania bakterii w zależności od warunków grawitacyjnych, a dla B. subtilis i C. Metallidurans odzysk minerałów ziem rzadkich był odpowiednio niższy i nieco inny od roztworu kontrolnego.
Jednak roztwór S. desiccabilis usunął z bazaltu znacznie więcej minerałów ziem rzadkich niż roztwór kontrolny.
„W przypadku S. desiccabilis, we wszystkich poszczególnych ziem rzadkich i we wszystkich trzech warunkach grawitacyjnych na ISS, organizm wypłukiwał od 111,9% do 429,2% niebiologicznych kontroli” – napisali naukowcy w artykule.
(Cockell i in., Nature Communications, 2020).
Ponieważ wcześniej wykazano, że mikrograwitacja wpływa na procesy mikrobiologiczne, podobieństwo między stężeniami minerałów wydobywanych we wszystkich trzech warunkach grawitacji jest zaskakujące. Zespół zauważył jednak, że wszystkie trzy bakterie osiągnęły takie same stężenia we wszystkich trzech warunkach grawitacji, prawdopodobnie dlatego, że miały wystarczającą ilość składników odżywczych, aby to zrobić.
Doszli do wniosku, że przy wystarczającej ilości składników odżywczych różnorodność biologiczna jest możliwa w różnych warunkach grawitacyjnych.
„Nasze eksperymenty potwierdzają naukową i techniczną wykonalność wspomaganego biologicznie wydobywania podstawowych zasobów w Układzie Słonecznym” – powiedział astrobiolog Charles Cockell z Uniwersytetu w Edynburgu.
Chociaż wydobywanie tych pierwiastków w kosmosie i sprowadzenie ich na Ziemię nie jest wykonalne z ekonomicznego punktu widzenia, kosmiczne wydobycie biologiczne może wspierać samowystarczalną ludzką obecność w kosmosie.
Na przykład nasze wyniki pokazują, że budowa robotycznych i załogowych min w rejonie Księżyca Oceanus Procellarum, gdzie występują skały o wysokiej koncentracji pierwiastków ziem rzadkich, może być jednym z owocnych obszarów naukowego i gospodarczego rozwoju ludzkości poza Ziemią ”.
Wyniki badań zostały opublikowane w Nature Communications.
Źródła: Zdjęcie: Bakteria Sphingomonas desiccabilis rosnąca na bazalcie jest widoczna po prawej stronie w naturalnie porowatej skale użytej w badaniu Biorock. Kredyty: Rosa Santomartino, UK Centre for Astrobiology / University of Edinburgh
