Добычу драгоценных металлов из метеоритов поручили микробам
Если человечество намерено осваивать дальний космос, одного пассажира нельзя оставлять на Земле — микробов. Тем более, что оставить их все равно не выйдет — они живут на поверхности и внутри нашего тела, на продуктах и любых поверхностях. Потому так важно понять, как невидимые существа реагируют на условия космоса.
Не менее ценными могут стать и их услуги в нашем стремлении исследовать Вселенную. Микроорганизмы вроде бактерий и грибов способны извлекать ценные минералы из горных пород и могли бы стать экологичной альтернативой доставке столь необходимых ресурсов с Земли.
В эксперименте на борту Международной космической станции изучили, как микробы добывают элементы платиновой группы из метеорита в условиях микрогравитации. Результаты исследования вышли на страницах npj Microgravity.
Цель проекта BioAsteroid — выяснить, какие элементы потенциально можно извлечь из астероидного материала L-хондрита с помощью бактерии Sphingomonas desiccabilis и гриба Penicillium simplicissimum. Важно было также понять, как именно микробы взаимодействуют с породой в условиях микрогравитации.
«Это, вероятно, первый подобный эксперимент с метеоритом на МКС. Мы старались, с одной стороны, сохранить адресность подхода, но при этом не замыкаться в узких рамках — хотели повысить значимость результатов. У нас два совершенно разных вида, и каждый будет извлекать что-то свое. Наша задача была понять, как именно и что именно, но при этом не потерять из виду общую картину — ведь о механизмах, влияющих на поведение микробов в космосе, пока известно крайне мало», — объясняет микробиолог Роза Сантомартино из Корнеллского университета, ведущий автор исследования.
Эти микроорганизмы перспективны для добычи ресурсов, поскольку продуцируют карбоновые кислоты, которые связываются с минералами путем комплексообразования и запускают их высвобождение. Но по словам исследовательницы, в механизме этого процесса много неясного, поэтому команда также провела метаболомный анализ: из завершенных экспериментальных образцов отбирали часть жидкой культуры и исследовали содержащиеся в ней биомолекулы, в частности, вторичные метаболиты.
Параллельные эксперименты
Опыты на МКС проводил астронавт НАСА Майкл Скотт Хопкинс. В лаборатории на Земле тем временем выполнили контрольную версию эксперимента, чтобы сравнить результаты с космическими. Был проанализирован огромный массив собранных данных: 44 различных элемента, из которых 18 были извлечены биологическим путем.
«Мы разбили анализ по каждому элементу в отдельности и проверили, идет ли процесс извлечения в космосе иначе, чем на Земле? Какие элементы извлекаются лучше в присутствии бактерии, какие — гриба, а какие — когда они работают вместе? Это просто статистический шум или все же прослеживается что-то осмысленное? Кардинальных различий не выявили, но некоторые — крайне любопытны», — говорит соавтор исследования Алессандро Стирпе, также из Корнелла.
Как влияет микрогравитация
Анализ выявил отчетливые изменения в метаболизме микробов в космосе, особенно у гриба: он усилил выработку многих молекул, включая карбоновые кислоты, и повысил выход палладия, а также платины и некоторых других элементов.
Для многих элементов небиологическое выщелачивание — когда элементы извлекаются раствором без микробов — в микрогравитации оказалось менее эффективным, чем на Земле. Микроорганизмы же показали стабильные результаты в обоих условиях.
«В таких случаях микроб не столько улучшает само извлечение, сколько удерживает его на постоянном уровне вне зависимости от гравитации. Это справедливо не только для палладия, но и для разных металлов, хотя и не для всех. Действительно, еще один сложный, но, на мой взгляд, крайне интересный результат — это то, что степень извлечения сильно отличается в зависимости от конкретного металла, а также от вида микроба и условий гравитации», — подчеркивает Сантомартино.
Что дальше
Технология может найти применение и на Земле — например, для эффективного биовыщелачивания в условиях ограниченных ресурсов или из отходов горнодобычи, а также для создания устойчивых биотехнологий в рамках экономики замкнутого цикла. Сантомартино предостерегает: хотя биотехнологическое сообщество жаждет получить четкий ответ о том, как именно космос влияет на микробов в контексте биодобычи, простого и однозначного объяснения, скорее всего, не существует. Слишком много переменных.
«Все зависит от вида микроба, от конкретных космических условий, от методики, которую используют исследователи, — все меняется. Бактерии и грибы невероятно разнообразны, а космическая среда настолько сложна, что на данный момент дать единственный универсальный ответ попросту невозможно. Так что, вероятно, нужно копать глубже. Не хочу звучать излишне поэтично, но, на мой взгляд, в этом и заключается особая прелесть. Это очень сложно. И мне это нравится», — заключила исследовательница.
