多くの小惑星には、白金族元素など、現代の技術が依存する金属が豊富に含まれています。しかし、宇宙でこれらの資源を抽出することは依然として大きな課題です。
研究者チームは最近、微生物という珍しい解決策をテストしました。国際宇宙ステーションで行われた実験では、細菌や菌類を隕石の破片に曝露して、微小重力下で金属を放出できるかどうかを確認しました。
調査結果はnpj Microgravity に掲載されました。 、微生物が軌道上であっても金属を抽出し続けることができることを示しています。
ミッションが宇宙へさらに遠くに到達すると、地球から物資を運ぶことはすぐに現実的ではなくなります。このため、科学者たちは、地球のはるか彼方にある有人前哨基地が、近隣ですでに発見されている物質をどのように使用するかを研究しています。小惑星やその他の岩石には、宇宙インフラや将来の探査を支える可能性のある金属が大量に含まれています。
ドリルの代わりに、微生物を使用するという突飛なアイデアがあります。バイオマイニングとして知られるプロセスを通じて、微生物は鉱物を徐々に溶解する有機酸を生成することにより、岩石から金属を化学的に浸出させることができます。
2 つの重力条件における L コンドライト断片の走査型電子顕微鏡 (SEM) 画像。クレジット:Santomartino 他 これは新しいトリックではありません。地球上では、金属を抽出するために細菌や菌類がすでに採掘に使用されています。
研究者たちは、同じプロセスが宇宙でも機能するかどうかを知りたいと考えていました。それをテストするために、コーネル大学とエディンバラ大学の科学者は、2020 年にバイオアステロイドと呼ばれる実験を国際宇宙ステーションに送りました。
研究チームは、L コンドライト隕石の破片を 2 つの微生物、 細菌スフィンゴモナス デシカビリスとともに小さな反応器内に配置しました。 そして真菌ペニシリウム・シンプリシシマム 。軌道上で 19 日間、宇宙飛行士が実験を監視している間、生物は岩の上で成長しました。
「これはおそらく、国際宇宙ステーションで隕石を使ったこの種の実験としては初めてでしょう」と、コーネル大学の生物学者であり、この研究の筆頭著者であるローザ・サントマルティーノ氏は述べた。
研究者らは、通常の重力下での結果を比較できるよう、地球でも同じ実験を実施しました。
極微のスペースマイナー
サンプルが地球に戻った後、研究者たちは岩石から溶けた数十の元素を分析しました。
検査された44の元素のうち、微生物は隕石物質から18の元素を抽出するのに役立ちました。特にこの菌類は宇宙で驚くべき活動を示した。微小重力環境では、その代謝が変化し、ミネラルの溶解を助けるカルボン酸などの分子が大量に生成されました。
これらの変更は、パラジウム、プラチナ、その他の技術的に重要な金属の放出に影響を与えました。
しかし、最も印象的な発見は一貫性でした。
「このような場合、微生物は抽出自体を改善するわけではありませんが、重力の状態に関係なく、抽出を一定のレベルに保つ役割を担っています」とサントマルティーノ氏は述べています。
実験では、微生物を使用しない化学抽出は、微重力環境では地球上よりも効果が劣ることがよくありました。対照的に、微生物のプロセスは比較的信頼性が保たれていました。
この菌類はまた、隕石の表面と直接相互作用してフィラメントを成長させ、岩石上に微細な群集を形成しているようだ。科学者たちは宇宙でも地球でも同様の行動を観察しており、微生物が軌道条件に容易に適応できることを示唆しています。
実際にはどのように機能しますか?
微生物がエアロックから持ち出されることはありませんでした。この実験では、脆弱な細胞が凍った空間で生き残れるかどうかではなく、無重力が元素の生物学的抽出にどのような影響を与えるかをテストしました。それはできません。
それらは、滅菌され粉砕された隕石の破片と一緒に、「実験ユニット」と呼ばれる特殊なハードウェアに詰め込まれました。生物学者が窒息しないように、チャンバーにはガス拡散を可能にする半透性のシリコーンゴム膜が装備されていました。また、空腹時に菌が金属を採掘することは期待できません。研究者らは液体栄養培地を注入して微生物の増殖を促し、隕石から栄養素を抽出しました。
最後に、これらのユニットは、非常に快適な摂氏 20 度に設定された宇宙ステーションの保育器に入れられました。これらのユニット内では、微生物が小型の培養チャンバーに生息しています。
最終的に小惑星を採掘するとき、人間やロボットは表面に無防備な微生物を放置することはありません。代わりに、機械が小惑星の岩石を採取し、それを巨大な加圧された生物精製所内に運び込むことになる。研究者らは、1000 立方メートルのタンクなどの大規模な封じ込めを利用した、完全にスケールアップされたバイオリーチング プロセスを構想しています。
これらの温度管理された槽内では、真菌ペニシリウム・シンプリシシムムのような遺伝子操作された微生物が活動します。
このプロセスは、光沢のある金属を抽出するだけでなく、宇宙飛行士にとって別の重大な問題も解決します。微生物とレゴリスとの相互作用は、土壌形成と生命維持システムのための栄養素の放出を促進する可能性がある。微生物は岩石を分解することで、カリウム、リン、鉄などの元素を放出します。採掘槽から出た残りの岩石スラリーは、文字通り、将来のスペース コロニーに栄養を与える豊かな土壌になる可能性があります。
微生物バイオフィルム、Sphingomonas desiccabilis 、2022 年の生物採掘実験の一環として、玄武岩の滑り台の上で成長しています。クレジット:NASA 新しい研究は、バクテリアが宇宙の玄武岩からレアアース元素を抽出できることを示した以前の実験に基づいている。これらの研究を総合すると、微生物がいつか自給自足の宇宙生息地を構築するためのツールになる可能性があることが示唆されています。
「私たちは分析を単一の元素に分割し、宇宙では地球と比べて抽出の動作が異なるのではないかと考え始めました。」研究者の共著者であるアレッサンドロ・スティルペ氏はこう語った。 「大きな違いは見られませんが、非常に興味深い違いがいくつかあります。」
多くの疑問が残っています。微生物は、種、環境、岩石の組成に応じて異なる行動をします。
「細菌と真菌は互いに非常に多様であり、空間条件は非常に複雑なので、現時点では単一の答えを与えることはできません」とサントマルティーノ氏は言う。 「あまり詩的になるつもりはありませんが、私にとって、これはその美しさの一部です。それは非常に複雑です。そして、私はそれが好きです。」
