Voit rakentaa siirtokuntia Kuuhun, Marsiin…

Irvine (Kalifornia):

Kalifornian yliopiston Irvinen tutkijat ovat motivoituneita pohtimaan uusia tapoja, joilla mikrobit voivat auttaa ihmisiä asuttamaan Kuuta ja Marsia, tutkimalla biokemiallista prosessia, jolla sinilevät imevät ravinteita kivistä Chilen Atacaman autiomaassa.

UCI:n materiaalitieteen ja tekniikan laitoksen ja Johns Hopkinsin yliopiston biologian laitoksen tutkijat käyttivät korkearesoluutioisia elektronimikroskopiaa ja kehittyneitä spektroskooppisia kuvantamistekniikoita saadakseen tarkan käsityksen siitä, kuinka mikro-organismit muokkaavat sekä luonnossa esiintyviä mineraaleja että synteettisesti valmistettua nanokeramiikkaa. Tutkijoiden mukaan keskeinen tekijä on se, että syanobakteerit tuottavat biofilmejä, jotka liuottavat magneettisia rautaoksidihiukkasia kipsikivessä ja muuttavat magnetiitin hapettuneeksi hematiitiksi.

Ryhmän havainnot, joita käsitellään äskettäin Materials Today Bio -lehdessä julkaistussa artikkelissa, voivat tarjota polun uusille biomimeettisille kaivosmenetelmille. Kirjoittajat sanoivat myös, että he pitävät tuloksia askeleena kohti mikro-organismien käyttöä laajamittaisessa 3D-tulostuksessa tai lisäainevalmistuksessa sellaisessa mittakaavassa, joka on hyödyllinen maa- ja vesirakentamisen vaativissa ympäristöissä, kuten kuussa ja Marsissa.

”Miljoonien vuosien aikana kehittyneen biologisen prosessin kautta nämä pienet kaivostyöläiset kaivavat kiviä ja louhivat mineraaleja, jotka ovat välttämättömiä fysiologisille toiminnoille, kuten fotosynteesille, jotka mahdollistavat niiden selviytymisen”, sanoi vastaava kirjoittaja David Kisailus, UCI:n materiaalien professori. tiede ja tekniikka. ”Voivatko ihmiset käyttää samanlaista biokemiallista lähestymistapaa arvokkaiden mineraalien hankkimiseen ja manipulointiin? Tämä projekti on johtanut meidät tälle tielle.”

Atacaman autiomaa on yksi maapallon kuivimmista ja vieraanvaraisimmista paikoista, mutta Chroococcidiopsis, Johns Hopkinsin tiimin sieltä keräämistä kipsinäytteistä löydetty sinilevä, on kehittänyt ”hämmästyttävimmät mukautukset selviytyäkseen kivisestä elinympäristöstään”, sanoi toinen kirjoittaja. Jocelyne DiRuggiero, Baltimoren yliopiston biologian apulaisprofessori.

”Joitakin näistä ominaisuuksista ovat klorofyllin tuottaminen, joka imee kauas punaisia ​​fotoneja, ja kyky uuttaa vettä ja rautaa ympäröivistä mineraaleista”, hän lisäsi.

Kehittyneiden elektronimikroskooppien ja spektroskooppisten instrumenttien avulla tutkijat löysivät todisteita kipsissä olevista mikrobeista tarkkailemalla, kuinka sen sisältämät mineraalit muuttuivat.

”Syanobakteerisolut edistivät magnetiitin liukenemista ja raudan liukenemista tuottamalla runsaasti solunulkoisia polymeerisiä aineita, mikä johti magnetiitin liukenemiseen ja hapettumiseen hematiitiksi”, DiRuggiero sanoi. ”Sideroforien tuotanto [iron-binding compounds generated by bacteria and fungi] Se vahvistui magnetiittinanohiukkasten läsnä ollessa, mikä viittaa siihen, että syanobakteerit käyttävät niitä raudan hankkimiseen magnetiitista.”

Kisailus sanoi, että tapa, jolla mikro-organismit prosessoivat metalleja autiossa kodissaan, sai hänet ajattelemaan omia kaivos- ja valmistuskäytäntöjämme.

”Kun louhimme mineraaleja, päädymme usein malmeihin, jotka voivat asettaa haasteita arvometallien louhinnalle”, hän sanoi. ”Meidän on usein jalostettava nämä malmit äärimmäiseen käsittelyyn muuttaaksemme ne arvokkaaksi. Tämä käytäntö voi olla rahallisesti ja ympäristön kannalta kallista.”

Kisailus sanoi pohtivansa nyt biokemiallista lähestymistapaa, jossa käytetään luonnollisia tai synteettisiä analogeja sideroforeihin, entsyymeihin ja muihin eritteisiin manipuloidakseen mineraaleja, joissa tällä hetkellä toimii vain suuri mekaaninen murskain. Ja ottaa harppauksen täältä, hän sanoi, että voisi olla myös tapa saada mikro-organismit käyttämään samanlaisia ​​biokemiallisia kykyjä tuottaakseen muokattua materiaalia pyynnöstä vähemmän kuin kätevissä paikoissa.

”Kutsun sitä ”kuun muodostukseksi” maanmuodostuksen sijaan”, Kisailus sanoi. ”Jos haluat rakentaa jotain kuuhun, sen sijaan, että joutuisit maksamaan ihmisten tekemisen, voisimme käyttää robottijärjestelmiä 3D-tulostusmateriaalia ja sitten saada mikrobit muokkaamaan siitä jotain arvokasta. Tämä voitaisiin tehdä vaarantamatta ihmishenkiä.”

Hän lisäsi, että ihmisten ei aina tarvitse käyttää edisonilaisia ​​lähestymistapoja selvittääkseen, miten asiat tehdään.

”Tämä on Biomimetics and Nanostructured Materials Lab -laboratorioni pääteema. Miksi yrittää keksiä pyörää uudelleen, kun luonto on kehittänyt sitä satojen miljoonien vuosien aikana?” Kisailus sanoi. ”Meidän täytyy vain poimia salaisuudet ja suunnitelmat siitä, mitä luonto tekee, ja soveltaa tai mukauttaa niitä tarpeisiimme.”