Μικροβιακή εξόρυξη αστεροειδών:Το πρωτοποριακό διαστημικό πείραμα αποκαλύπτει τις δυνατότητες
Πολλοί αστεροειδείς είναι πλούσιοι σε μέταλλα από τα οποία εξαρτάται η σύγχρονη τεχνολογία, συμπεριλαμβανομένων στοιχείων της ομάδας πλατίνας. Αλλά η εξόρυξη αυτών των πόρων στο διάστημα παραμένει μια τεράστια πρόκληση.
Μια ομάδα ερευνητών δοκίμασε πρόσφατα μια ασυνήθιστη λύση:τα μικρόβια. Σε ένα πείραμα που διεξήχθη στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, βακτήρια και μύκητες εκτέθηκαν σε θραύσματα μετεωρίτη για να διαπιστωθεί εάν μπορούσαν να απελευθερώσουν μέταλλα υπό τη μικροβαρύτητα.
Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στο npj Microgravity , δείχνουν ότι οι μικροοργανισμοί μπορούν να συνεχίσουν να εξάγουν μέταλλα ακόμη και σε τροχιά.
Η μεταφορά προμηθειών από τη Γη γίνεται γρήγορα μη πρακτική καθώς οι αποστολές ταξιδεύουν μακρύτερα στο διάστημα. Εξαιτίας αυτού, οι επιστήμονες μελετούν πώς επανδρωμένα φυλάκια πολύ πέρα από τον πλανήτη μας θα μπορούσαν να χρησιμοποιούν υλικά που έχουν ήδη βρεθεί κοντά τους. Οι αστεροειδείς και άλλα βραχώδη σώματα περιέχουν άφθονες ποσότητες μετάλλων που θα μπορούσαν να υποστηρίξουν τη διαστημική υποδομή και τη μελλοντική εξερεύνηση.
Αντί για τρυπάνια, μια τρελή ιδέα είναι η χρήση μικροβίων. Μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως βιοεξόρυξης, οι μικροοργανισμοί μπορούν να εκπλύνουν χημικά μέταλλα από τα πετρώματα παράγοντας οργανικά οξέα που διαλύουν σταδιακά ορυκτά.
Εικόνες ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM) των θραυσμάτων L-χονδρίτη στις δύο συνθήκες βαρύτητας. Πίστωση:Santomartino et al. Αυτό δεν είναι νέο κόλπο. Στη Γη, βακτήρια και μύκητες χρησιμοποιούνται ήδη στην εξόρυξη για να βοηθήσουν στην εξαγωγή μετάλλων.
Οι ερευνητές ήθελαν να μάθουν εάν η ίδια διαδικασία θα μπορούσε να λειτουργήσει στο διάστημα. Για να το δοκιμάσουν, επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Cornell και το Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου έστειλαν ένα πείραμα που ονομάζεται BioAsteroid στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό το 2020.
Η ομάδα τοποθέτησε θραύσματα ενός μετεωρίτη L-χονδρίτη μέσα σε μικρούς αντιδραστήρες μαζί με δύο μικρόβια:το βακτήριο Sphingomonas desiccabilis και ο μύκητας Penicillium simplicissimum . Για 19 ημέρες σε τροχιά, οι οργανισμοί αναπτύχθηκαν στον βράχο ενώ οι αστροναύτες παρακολουθούσαν το πείραμα.
"Αυτό είναι πιθανώς το πρώτο πείραμα αυτού του είδους στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό με μετεωρίτη", δήλωσε η Rosa Santomartino, βιολογικός μηχανικός στο Cornell και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.
Οι ερευνητές διεξήγαγαν επίσης το ίδιο πείραμα στη Γη, ώστε να μπορούν να συγκρίνουν τα αποτελέσματα υπό κανονική βαρύτητα.
Microscopic Space Miners
Όταν τα δείγματα επέστρεψαν στη Γη, οι ερευνητές ανέλυσαν δεκάδες στοιχεία που είχαν διαλυθεί από το βράχο.
Από τα 44 στοιχεία που εξετάστηκαν, τα μικρόβια βοήθησαν στην εξαγωγή 18 από το υλικό του μετεωρίτη. Ο μύκητας συγκεκριμένα έδειξε εκπληκτική δραστηριότητα στο διάστημα. Στη μικροβαρύτητα, ο μεταβολισμός του μετατοπίστηκε και παρήγαγε μεγαλύτερες ποσότητες μορίων, συμπεριλαμβανομένων των καρβοξυλικών οξέων, που βοηθούν στη διάλυση των μετάλλων.
Αυτές οι αλλαγές επηρέασαν την απελευθέρωση παλλαδίου, πλατίνας και άλλων τεχνολογικά σημαντικών μετάλλων.
Ωστόσο, το πιο εντυπωσιακό εύρημα ήταν η συνέπεια.
«Σε αυτές τις περιπτώσεις, το μικρόβιο δεν βελτιώνει την ίδια την εκχύλιση, αλλά κρατά την εκχύλιση σε σταθερό επίπεδο, ανεξάρτητα από την κατάσταση της βαρύτητας», είπε ο Santomartino.
Στο πείραμα, η χημική εξαγωγή χωρίς μικρόβια συχνά λειτουργούσε χειρότερα στη μικροβαρύτητα από ό,τι στη Γη. Οι μικροβιακές διεργασίες, αντίθετα, παρέμειναν σχετικά αξιόπιστες.
Ο μύκητας φάνηκε επίσης να αλληλεπιδρά άμεσα με την επιφάνεια του μετεωρίτη, αναπτύσσοντας νήματα και σχηματίζοντας μικροσκοπικές κοινότητες στο βράχο. Οι επιστήμονες παρατήρησαν παρόμοια συμπεριφορά στο διάστημα και στη Γη, υποδηλώνοντας ότι τα μικρόβια μπορούν να προσαρμοστούν εύκολα στις τροχιακές συνθήκες.
Πώς θα λειτουργούσε στην πράξη;
Τα μικρόβια δεν αποβλήθηκαν ποτέ από έναν αεραγωγό. Το πείραμα εξέτασε πώς η μηδενική βαρύτητα επηρεάζει τη βιολογική εξαγωγή στοιχείων, όχι εάν τα εύθραυστα κύτταρα θα μπορούσαν να επιβιώσουν στο κενό κατάψυξης. Δεν μπορούν.
Συσκευάστηκαν μαζί με αποστειρωμένα, θρυμματισμένα θραύσματα ενός μετεωρίτη σε εξειδικευμένο υλικό που ονομάζεται «Πειραματικές Μονάδες». Για να μην ασφυκτιούν οι βιολογικοί εργαζόμενοι, οι θάλαμοι διέθεταν μια ημιπερατή μεμβράνη από καουτσούκ σιλικόνης για να επιτρέπεται η διάχυση αερίου. Δεν μπορείτε επίσης να περιμένετε από έναν μύκητα να εξορύξει μέταλλο με άδειο στομάχι. Οι ερευνητές έγχυσαν ένα υγρό θρεπτικό μέσο για να ενθαρρύνουν τα μικρόβια να αναπτυχθούν και να εξάγουν θρεπτικά συστατικά από τον μετεωρίτη
Τέλος, οι μονάδες τοποθετήθηκαν σε θερμοκοιτίδες διαστημικών σταθμών που ρυθμίστηκαν σε πολύ άνετους 20 βαθμούς Κελσίου. Μέσα σε αυτές τις μονάδες, τα μικρόβια κατοικούσαν σε μικροσκοπικούς θαλάμους καλλιέργειας.
Όταν τελικά εξορύξουμε αστεροειδείς, οι άνθρωποι και τα ρομπότ δεν θα αφήσουν απροστάτευτα μικρόβια στην επιφάνεια. Αντίθετα, μηχανές θα συλλέξουν τον αστεροειδή βράχο και θα τον φέρουν μέσα σε τεράστια, υπό πίεση βιολογικά διυλιστήρια. Οι ερευνητές οραματίζονται μια πλήρως κλιμακούμενη διαδικασία βιοαπόπλυσης που χρησιμοποιεί τεράστιο περιορισμό, όπως μια δεξαμενή 1000 κυβικών μέτρων.
Μέσα σε αυτές τις ελεγχόμενες από το κλίμα δεξαμενές, μηχανικά μικρόβια όπως ο μύκητας Penicillium simplicissimum θα λειτουργήσουν.
Πέρα από την απλή εξαγωγή γυαλιστερών μετάλλων, αυτή η διαδικασία λύνει ένα άλλο κρίσιμο πρόβλημα για τους αστροναύτες. Οι μικροβιακές αλληλεπιδράσεις με τον ρεγόλιθο θα μπορούσαν να διευκολύνουν το σχηματισμό του εδάφους και την απελευθέρωση θρεπτικών ουσιών για συστήματα υποστήριξης της ζωής. Με τη διάσπαση του βράχου, τα μικρόβια μπορούν να βοηθήσουν στην απελευθέρωση στοιχείων όπως το κάλιο, ο φώσφορος και ο σίδηρος. Ο υπολειπόμενος πολτός πετρωμάτων από τις δεξαμενές εξόρυξης θα μπορούσε κυριολεκτικά να γίνει το πλούσιο έδαφος που τροφοδοτεί τις μελλοντικές μας διαστημικές αποικίες.
Μικροβιακό βιοφίλμ, Sphingomonas desiccabilis , που αναπτύσσεται σε μια διαφάνεια βράχου βασάλτη ως μέρος ενός πειράματος βιοεξόρυξης το 2022. Πίστωση:NASA Η νέα έρευνα βασίζεται σε προηγούμενα πειράματα που δείχνουν ότι τα βακτήρια μπορούν να εξάγουν στοιχεία σπάνιων γαιών από βασάλτη στο διάστημα. Μαζί, οι μελέτες υποδεικνύουν ότι τα μικρόβια θα μπορούσαν μια μέρα να γίνουν εργαλεία για τη δημιουργία αυτάρκων διαστημικών οικοτόπων.
«Χωρίσαμε την ανάλυση στο μεμονωμένο στοιχείο και αρχίσαμε να ρωτάμε, εντάξει, η εξαγωγή συμπεριφέρεται διαφορετικά στο διάστημα σε σύγκριση με τη Γη;» είπε ο ερευνητής Alessandro Stirpe, συν-συγγραφέας της μελέτης. "Δεν βλέπουμε τεράστιες διαφορές, αλλά υπάρχουν μερικές πολύ ενδιαφέρουσες."
Πολλά ερωτήματα παραμένουν. Τα μικρόβια συμπεριφέρονται διαφορετικά ανάλογα με το είδος, το περιβάλλον και τη σύνθεση των πετρωμάτων.
«Τα βακτήρια και οι μύκητες είναι τόσο διαφορετικοί μεταξύ τους, και η διαστημική κατάσταση είναι τόσο περίπλοκη που, προς το παρόν, δεν μπορείς να δώσεις ούτε μία απάντηση», είπε ο Santomartino. "Δεν θέλω να είμαι πολύ ποιητικός, αλλά για μένα, αυτή είναι λίγο η ομορφιά αυτού. Είναι πολύ περίπλοκο. Και μου αρέσει."
