Микробы-рудокопы: Как грибы на МКС добывают металлы из метеоритов
Когда человечество готовится к дальним космическим путешествиям, мы редко задумываемся о самом маленьком, но незаменимом попутчике — микроорганизмах. От них не избавиться, даже если очень захотеть: микробы живут на нашей коже, на всех поверхностях внутри корабля и даже в пище. Но вместо того чтобы воспринимать их как неизбежное неудобство, учёные предлагают превратить эти невидимые организмы в наших главных союзников при колонизации других миров.
Представьте: вместо того чтобы доставлять с Земли тонны горнодобывающей техники, мы могли бы буквально «скормить» метеориты и астероиды специально обученным бактериям и грибам, которые извлекут из них ценные металлы. Это не сюжет фантастического романа, а реальная научная работа, недавно проведённая прямо на борту Международной космической станции.
Необычный эксперимент на околоземной орбите
Международная команда исследователей из Корнелльского и Эдинбургского университетов решила проверить, способны ли микроорганизмы заниматься «космической добычей» в условиях микрогравитации. Для эксперимента выбрали фрагмент метеорита L-хондрита и двух потенциальных кандидатов-рудокопов: бактерию Sphingomonas desiccabilis и гриб Penicillium simplicissimum.
«Думаю, это первый эксперимент на МКС, где в качестве сырья использовали настоящий метеорит, — комментирует Роза Сантомартино, доцент Корнелльского университета и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале npj Microgravity. — Нам было важно понять, насколько по-разному поведут себя эти два совершенно непохожих вида. Если мы хотим когда-нибудь применять их в реальных космических миссиях, нужно разобраться в механизмах, которые управляют их поведением в невесомости».
Как грибы заменяют тяжёлую технику
Секрет эффективности микроорганизмов прост и элегантен: они вырабатывают карбоновые кислоты. Эти углеродные молекулы вступают в реакцию с минералами, образуя комплексные соединения, и буквально «вытягивают» из породы ценные элементы. Никаких буровых установок и экскаваторов — только тонкая химия на молекулярном уровне.
Особенно отличился гриб Penicillium simplicissimum. В условиях микрогравитации он не просто выжил, а существенно увеличил производство карбоновых кислот и других молекул, что привело к активному высвобождению палладия и платины. Исследователи провели метаболомный анализ, изучая биомолекулы и вторичные метаболиты в жидкой культуре, чтобы понять, как именно меняется работа микроорганизмов в космосе.
Параллельно на Земле проводился контрольный эксперимент: те же условия, те же образцы, но в привычной гравитации. Астронавт НАСА Майкл Скотт Хопкинс управлял космической частью исследования, а учёные в лабораториях сравнивали результаты.
Неожиданные открытия и закономерности
Команда проанализировала данные по 44 различным элементам, 18 из которых были извлечены именно благодаря биологическим процессам. Результаты преподнесли сюрприз: небиологическое выщелачивание (простое использование растворов без живых помощников) в космосе работало хуже, чем на Земле. А вот микроорганизмы демонстрировали удивительную стабильность — показатели добычи металлов почти не зависели от наличия или отсутствия гравитации.
«Микроб не всегда улучшает сам процесс экстракции, но он словно выравнивает его, делает стабильным вне зависимости от условий, — поясняет Сантомартино. — Это справедливо для палладия и многих других металлов. Однако картина усложняется: эффективность извлечения сильно варьируется в зависимости от конкретного элемента, вида микроорганизма и гравитационных условий».
Алессандро Стирпе, научный сотрудник-микробиолог и соавтор исследования, добавляет: «Мы задавались вопросом: есть ли принципиальная разница между добычей в космосе и на Земле? Работает ли грибок или бактерия эффективнее в паре или поодиночке? Мы не видим глобальных различий, но некоторые детали оказались поразительно интересными».
От космических перспектив к земной экологии
Разработка технологий биодобычи в космосе имеет неожиданный побочный эффект — она может помочь сохранить экологию Земли. Те же методы применимы для переработки бедных руд и отходов горнодобывающей промышленности, создавая устойчивые производства в рамках экономики замкнутого цикла.
Впрочем, Сантомартино предостерегает от поиска универсального решения. Слишком много переменных: разные виды микроорганизмов, уникальные условия космоса, разнообразные методики исследований. То, что работает для одного металла и одного гриба, может оказаться бесполезным в другом сочетании.
«Бактерии и грибы невероятно разнообразны, а космическая среда сложна до невозможности, — размышляет учёный. — Наверное, сейчас нельзя дать единственно верный ответ. Возможно, нам нужно копать гораздо глубже. Не хочу звучать излишне поэтично, но для меня именно в этом вся прелесть. Это невероятно сложно. И мне это безумно нравится».
Эксперимент BioAsteroid под руководством профессора Чарльза Кокелла из Эдинбургского университета открывает новую главу в космической биотехнологии. Микроскопические помощники уже доказали свою полезность на орбите. Осталось научиться использовать их потенциал в полную силу — и тогда путь к звёздам станет не только короче, но и значительно экономичнее.
