В случае с краткосрочными космическими миссиями необходимые ресурсы, такие как вода, топливо и кислород, берутся с Земли. Если мы говорим о среднесрочных миссиях на соседние космические тела, которые планируют совершить в конце этого десятилетия различные космические агентства, нам придется задумываться о том, как добывать воду и энергию на месте.
Но если мы когда-либо захотим предпринять беспрецедентный шаг по созданию базы на Луне, Марсе или любой другой планете или спутнике, в конечном итоге нам придется добывать ресурсы из местных скал, чтобы поддерживать работу колонии. Вряд ли это будет означать, что астронавты возьмут в руки отбойные молотки и пойдут разрабатывать местные месторождения. Согласно новому исследованию, описанному в Nature Communications, мы можем вместо этого привлечь к работе очень маленьких помощников — микробов.
Не стоит удивляться такому решению: использование микробов для горных работ является обычным делом на Земле: около 20 процентов мировой меди и золота в настоящее время добывается с помощью бактерий, питающихся камнями. И это не шутка: чилийская компания Biosigma использует бактерии, которые берут кислород из воздуха и минералы из породы для получения энергии, оставляя медь не тронутой. По словам представителей компании, это делает эффективной добычу полезных ископаемых, даже если их в руде меньше 1% — при обычной добыче такая порода просто отправляется на свалку.
Именно в таких пробирках в компании Biosigma микробы поедают пустую породу и оставляют после себя чистую медь или золото.
Но одно дело — это уютная теплая пробирка в земной лаборатории, и совсем другое — жесткие космические условия без привычной нам гравитации. Чтобы узнать, готовы ли микробы к участию в космической добыче полезных ископаемых, в июле прошлого года первый в своем роде экспериментальный аппарат, названный BioRock, совершил поездку на Международную космическую станцию на борту капсулы SpaceX Dragon. BioRock представлял собой установку, в которой были расположены несколько «биореакторов» размером со спичечный коробок с различными образцами бактерий, питательной средой для них, а также кусочками базальта — распространенным в том числе на Луне и Марсе типом вулканической породы, обычно богатой различными полезными ископаемыми.
Были выбраны три типа бактерий — Sphingomonas desiccabilis, Bacillus subtilis и Cupriavidus Metallidurans. Эти микробы жевали камни в течение примерно трех недель, при этом они были разделены на группы, которые подвергались воздействию различных гравитационных условий: во-первых, была невесомость, или, как правильно говорить, микрогравитация — именно это ожидает будущих астронавтов, которые будут разрабатывать астероиды.
Также, с помощью специальных центрифуг, создавались уровни гравитации, аналогичные условиям на Луне, Марсе и Земле. Затем исследователи измерили, сколько железа, магния и более десятка других элементов бактерии смогли извлечь из образцов породы. При этом остальные параметры, такие как температура, влажность и атмосферное давление, во всех случаях были одинаковыми и приближенными к таковым на нашей планете.
BioRock на МКС.
Из трех изученных видов бактерий S. desiccabilis, похоже, совсем не беспокоился об изменении гравитационных условий. Он продолжал эффективно перерабатывать породу и извлекать такие элементы, как неодим и церий, показывая эффективность извлечения в 70 процентов. «Мы были удивлены, что для него не было существенного влияния разной силы тяжести на биодобычу, учитывая, что микрогравитация, как известно, влияет на поведение жидкостей», — сказал астробиолог и ведущий автор исследования Чарльз Кокелл. Однако два других вида, по данным исследования, были либо менее эффективны в условиях низкой гравитации, либо совершенно не справлялись с поставленной задачей.
Баз Барстоу, синтетический биолог из Корнельского университета, который не участвовал в новом исследовании, сказал, что «очевидно существует множество препятствий», чтобы перейти от этого прототипа к работающей системе биодобычи, которую можно использовать в космосе, «но у них есть отличное начало».
Кокелл добавляет, что, хотя добывать элементы в космосе и доставлять их на Землю на данный момент экономически нецелесообразно, слаженная работа между людьми и этими крошечными шахтерами может помочь поддерживать будущую базу за пределами Земли. Исследователи надеются, что однажды бактерии смогут помочь нам превратить лунный реголит в почву для выращивания космических овощей или в породу для извлечения различных элементов, используемых в системах жизнеобеспечения, производящих воздух и воду.
Лишь один из трех видов микробов оказался достаточно эффективным в условиях низкой гравитации.
«Я думаю, что нам следует продолжить изучение типов микробов, которые дадут нам наилучшие результаты в извлечении полезных элементов из материалов, которые можно найти в космосе, например, на астероидах, Луне и Марсе, и мы должны продолжать развивать технологии для оптимизации таких биологически улучшенных промышленных процессов в космосе», — добавляет Кокелл.
Забегая вперед, авторы исследования планируют продолжать работу и уже готовят установку BioAsteroid, которая повторит эксперимент BioRock, но теперь в биореакторы планируется поместить измельченный материал астероида. Если все пойдет по плану, то новое экспериментальное устройство попадет на МКС уже в декабре.
