Для успешного освоения дальнего космоса и создания автономных поселений на других планетах человечеству необходимо научиться воссоздавать привычную земную биосферу. Это подразумевает использование биорегенеративных систем жизнеобеспечения и привлечение множества видов микроорганизмов, жизненно важных для нашего существования. Фактически, микробы уже сопровождают нас в космосе, в частности на МКС, где они становятся неотъемлемой частью искусственной среды, заселяя поверхности и проникая в самые труднодоступные уголки станции.
Ввиду их постоянного присутствия критически важно понимать механизмы выживания микробов вне Земли. Более того, их биологический потенциал может стать ключом к самодостаточности внепланетных баз. Например, определенные бактерии и грибы способны извлекать минеральные соединения из горных пород для поддержания своей жизнедеятельности. В недавнем исследовании на МКС специалисты из Корнеллского и Эдинбургского университетов изучали возможность применения этих организмов для добычи платины из метеоритного вещества в условиях микрогравитации. Полученные результаты свидетельствуют о том, что биологическая экстракция может стать эффективным инструментом получения ресурсов в космосе, снижая логистическую зависимость от земных поставок.
Проект возглавили Роза Сантомартино, адъюнкт-профессор Корнеллского колледжа сельского хозяйства и биологических наук, и Алессандро Стирпе, научный сотрудник в области микробиологии. В команду также вошли эксперты из Медицинского университета Граца, Университета Райса, Британского центра астробиологии и ряда других научных организаций. Детальный отчет об их работе был представлен в научном журнале npj Microgravity.
Данное изыскание проводилось в рамках программы BioAsteroid — совместной инициативы Эдинбургского университета и Европейского космического агентства (ESA). Под руководством профессора Чарльза Кокелла были сконструированы инновационные реакторы для «биомайнинга», которые функционировали на МКС в период с конца 2020 по начало 2021 года с целью изучения взаимодействия микробов и минералов в невесомости.
В реакторы были помещены образцы астероида типа L-хондрит, на которые воздействовали бактерией Sphingomonas desiccabilis и грибом Penicillium simplicissimum. Выбор пал на эти виды из-за их способности выделять органические кислоты, которые химически связываются с минералами и высвобождают их из породы. Чтобы пролить свет на нюансы этого процесса, ученые провели метаболомный анализ, исследуя состав биомолекул в жидкой культуре. Как отметила Сантомартино в интервью Cornell Chronicle:
«Это, пожалуй, первый в своем роде опыт использования метеоритного субстрата на борту Международной космической станции. Мы стремились разработать комплексный подход, применимый к различным организмам, чтобы максимизировать научную ценность эксперимента. Поскольку механизмы поведения микробов в космосе изучены недостаточно, нам было важно понять, как именно разные виды справляются с задачей экстракции в уникальных условиях орбиты».
Техническую часть эксперимента на орбите обеспечил астронавт НАСА Майкл Хопкинс, в то время как на Земле проводились идентичные контрольные тесты. Последующий сравнительный анализ данных, выполненный Сантомартино и Стирпе, подтвердил, что из 44 изученных элементов 18 были успешно извлечены биологическим путем. Стирпе прокомментировал:
«Мы детально проанализировали выход каждого элемента, пытаясь выяснить, меняется ли эффективность процесса в космосе. Влияет ли на результат использование моновидов или их комбинации? Это не просто статистические колебания — нам удалось выявить ряд закономерностей, которые имеют фундаментальное значение для понимания космической микробиологии».
Исследование продемонстрировало, что микроорганизмы показывают сопоставимую продуктивность как в земных условиях, так и в микрогравитации. Тем не менее, у грибков наблюдались характерные изменения метаболизма: в космосе они активизировали синтез карбоновых кислот, что способствовало более интенсивному извлечению платины, палладия и ряда других металлов. Примечательно, что традиционное химическое выщелачивание без участия биоагентов на орбите оказалось менее результативным, чем на Земле. Сантомартино пояснила:
«В определенных сценариях микробы не просто помогают добыче, а стабилизируют её, делая процесс независимым от гравитационного фактора. Это актуально для целого спектра металлов. Самое интригующее в наших результатах — это то, как сильно варьируется эффективность экстракции в зависимости от конкретного сочетания организма, целевого металла и внешних условий».
Данный успех подтверждает перспективность методов биодобычи для будущих миссий на Луну и Марс. Наряду с цианобактериями, обеспечивающими регенерацию воздуха и производство пищи, микробы и грибы могут быть задействованы для переработки реголита. Полученные минералы станут основой для производства строительных материалов и инструментов непосредственно на месте, что критически важно для сокращения массы доставляемых с Земли грузов.
Более того, технологии биовыщелачивания востребованы и на нашей планете как экологически чистый способ добычи металлов из бедных руд или промышленных отходов. Это открывает путь к созданию биотехнологий замкнутого цикла и безотходного производства. Однако ученые подчеркивают, что это лишь начало пути, и впереди еще множество исследований.
«Реакция микроорганизмов на космическую среду крайне индивидуальна и зависит от множества переменных. На данном этапе невозможно вывести универсальную формулу успеха. Нам предстоит еще глубоко изучать это многообразие, и именно в этой сложности заключается подлинная красота науки», — подытожила Сантомартино.
