Експерименти на Міжнародній космічній станції показали, що бактерії могутефективно витягувати метали з базальту навіть в умовах низького тяжіння. Якщо вчені зуміють оптимізувати цей процес, його можна буде використовувати для забезпечення корисними копалинами колоній на Марсі. Результати дослідження опубліковані в журналі Мікроорганізми відіграють важливу роль у вивітрювання гірських порід на Землі: вони можуть окисляти або відновлювати вхідні до складу мінералів елементи, а також прискорювати корозію. Люди навчилися використовувати ці властивості бактерій для видобутку корисних копалин (біомайнінгу), і очищення забруднених ґрунтів (біоремедіації). Наприклад, тиобактерії можна використовувати для вилучення золота і міді з гірських порід, що є хорошою альтернативою традиційній здобичі за допомогою отруйних ціанідних розчинів. Рік тому вчені з восьми країн об'єдналися під керівництвом Чарльза Кокела (Charles Cockell) з Единбурзького Університету, щоб з'ясувати, чи буде працювати біомайнінг за межами Якщо такий процес вдасться здійснити на практиці, це може істотно полегшити, наприклад, колонізацію Марса: необхідні метали можна буде отримати прямо на місці. Однак, Кокел і його колеги сумнівалися в тому, що бактерії зможуть так само ефективно працювати при зниженій гравітації: чим нижче гравітація, чим повільніше змішуються рідини і тим складніше бактеріям захоплювати їжу і позбавлятися від відходів. Найбільше вчених цікавила можливість видобутку рідкоземельних металів (РЗМ). Це загальний термін для 17 металів: 15 лантанідів, а також скандія та іттрія, які дуже важливі для людства: вони використовуються у виробництві сучасної мікроелектроніки, каталізаторів та інших високотехнологічних галузях. Експерименти з біомайнінгу пройшли на Міжнародній космічній станції влітку 2019 року - їх здійснив європейський астронавт Лука Пармітано (Luca Parmitano). На орбіту доставили зразки порід, штами бактерій, а також спеціальні біореактори, забезпечені центрифугами для контролю гравітації. Всього було протестовано три види бактерій -, і З кожним видом бактерій проводили по три експерименти - в умовах мікрогравітації, в умовах, що імітують гравітацію Марса (сила тяжкості на Марсі становить приблизно 38 відсотків земної, в експерименті використовували значення 40 відсотків), і в умовах, що імітують нормальну земну гравітацію. Як живильне середовище використовували слабощілкового (pH = 7,2) розчину глюкози, крохмалю, дріжджового екстракту і солей магнію і калію. Крім того, автори провели контрольні експерименти з поживним розчином без мікроорганізмів - також при трьох значеннях гравітації. Породу у всіх експериментах використовували однакову - базальт, який відносно багатий на РЗМ, і при цьому присутній у великих кількостях на Марсі і Місяці. Щоб максимально наблизитися до умов реального біомайнінгу, вчені вирішили базальт не подрібнювати. Кількість витягнутих металів вимірювали на Землі за допомогою методу мас-спектроскопії з індуктивно пов'язаною плазмою. Кращими «шахтарями» виявилися бактерії Кількість всіх витягнутих РЗМ крім церія було вище, ніж у разі контрольного експерименту. При цьому різниця між ефективністю в різних гравітаційних умовах виявилася статистично незначною. Ефективність біомайнінгу під дією не відрізнялася від контрольного експерименту, а показали найнижчу ефективність.
Як саме витягує метали з базальту, поки не відомо - щоб з'ясувати це, вчені планують провести додаткові експерименти в земних лабораторіях. Відомо, що ця бактерія виділяє полісахарідиоторі зв'язуються з металами. Вчені відзначили, що більш ефективно захоплює важкі РЗМ - зокрема гадоліній Gd і лютецій Lu. Це може бути викликано кращим зв'язуванням таких металів з фосфатними фрагментами полісахаридів.
Вчені припускають, що однією з причин ефективності в різних гравітаційних умовах був надлишок поживних речовин. Незважаючи на низьку швидкість захоплення поживних речовин при низькій гравітації, їх все одно було достатньо для того, щоб число бактерій в колонії досягло максимуму. При нестачі поживних речовин ефективність вилучення металів може знизитися - тому вченим і інженерам ще належить придумати, як забезпечити бактерій харчуванням протягом усього процесу біомайнінгу. Загалом робота Кокела та його колег продемонструвала принципову можливість використання бактерій для видобутку корисних копалин на інших планетах. Наскільки цей процес рентабельний і як його можна оптимізувати, вченим ще належить з'ясувати. Минулого місяця ми писали про дослідження китайських хіміків, які за допомогою бактерій синтезували електроди для отримання кисню з води. Вчені показали, що такі бактерії покривають поверхню електродів частинками сульфіду заліза, які полегшують адсорбцію кисню, тому електроліз можна проводити при більш низькому значенні потенціалу. Про долю проектів з видобутку корисних копалин на астероїдах читайте в нашому матеріалі «Астероїди вилетіли в трубу».