История рассматривала добычу полезных ископаемых как работу, требующую большого количества тяжелой техники и физического труда. Извлечение ценного материала из земли было необходимо для прогресса человечества на протяжении тысячелетий. Этот прогресс привел к появлению альтернативного метода извлечения этих ресурсов из Земли или других небесных тел. Новая методика основана на симбиотическом спутнике жизни, который сосуществовал с нами на протяжении тысячелетий — бактериях. Недавний эксперимент, проведенный исследовательской группой Biorock ЕКА показывает, что этот процесс, известный как «биомайнинг», может быть наиболее эффективным способом сбора некоторых материалов в космосе.

Новое исследование не было первым космическим экспериментом с биороком. В 2019 году команда показала, что она может извлекать редкоземельные элементы (РЗЭ), используя биопленку, прикрепленную к базальту, типу магматической породы, которая присутствует как на Марсе, так и на Луне. Редкоземельные элементы, хотя и встречается почти повсюду на Земле, присутствует лишь в крошечных количествах. С использованием традиционных методов добычи для большинства мест непомерно дорога, хотя они широко используются в различных промышленных процессах и высокотехнологичной продукции.

Однако редкоземельные элементы были не единственным материалом, представляющим интерес для эксперимента с бактериями. Хотя сам по себе ванадий не является редкоземельным элементом, он также широко используется в промышленных процессах, включая упрочнение стали, изготовление сверхпроводящих устройств и аккумуляторов. Данные о сборе ванадия были в центре внимания новой статьи, но эти данные были собраны одновременно с исходными данными по редкоземельным элементам.

В исследовании использовались три различных типа бактерий – Sphingomonas desiccabilis, Bacillus subtilis и Cupriavidus metallidurans. Астронавты кормили их своего рода каменным субстратом, известным как R2A, известной средой для роста всех трех типов бактерий. Вместо дробления базальта, как это, скорее всего, было бы сделано в крупномасштабных биореакторах, экспериментаторы взяли тонкие срезы базальта, собранные в карьере в Исландии, который удивительно похож на базальты, найденные на Луне и Марсе.

На МКС астронавты поместили в инкубатор KUBIK экспериментальный контейнер, который начал вращаться, чтобы имитировать марсианскую и лунную гравитацию. Второй контейнер был оставлен неподвижным на космической станции, в то время как другой контейнер находился в качестве контрольного в Исследовательском центре Эймса НАСА. Кроме того, исследователи дополнительно разместили «стерильные» камеры без бактерий во всех контейнерах. Они будут использоваться в качестве «контрольных элементов» эксперимента, чтобы увидеть, сколько ванадия было извлечено из базальта просто из-за присутствия бактерий.

Первоначально команда думала, что различия в гравитации будут иметь большое значение для эффективности бактерий при сборе ванадия. Гравитация оказывает существенное влияние на два процесса гидродинамики – осаждение и конвекцию, влияющие на степень воздействия бактерий на материал субстрата.

Но к их удивлению оказалось, что гравитация почти не повлияла на эффективность бактерий. Образцы со Sphingomonas desiccabilis и Bacillus subtilis были гораздо более эффективными, чем стерильные контрольные образцы, производя в среднем на 184% и 283% больше ванадия в среднем по всем трем контейнерам (не зависимо от гравитации).

Одно из возможных объяснений отсутствия гравитационного эффекта является приземленным, но существенным – продолжительность самого эксперимента (21 день). Возможно это позволило микробам получить такую высокую концентрацию, на какую они были бы способны. При более коротких периодах эксперимента осаждение и конвекция могут оказать большее влияние на способность микробов получать доступ к материалу для переработке.

В любом случае эксперименты Biorock показывают жизнеспособность использования методов биоминирования в космосе, по крайней мере, в небольших масштабах. Масштабирование промышленных процессов, необходимых для добычи полезных ископаемых на Луне или астероиде, с экономической точки зрения было бы большим шагом вперед, но потребуется больше исследований, прежде чем любой процесс может быть доказан эффективным. Но, может быть, когда-нибудь появятся корабли с гигантскими плавучими чанами микробов, деловито жующих камни, собранные с астероида.