Sphingomonas desiccabilis , en av tre mikrober som valts ut för BioRock-experimentet, sett växa på basalt. Drivs av ett forskarlag från University of Edinburgh i Storbritannien, BioRock testar hur förändrade gravitationstillstånd påverkar biofilmbildning på den internationella rymdstationen. Kredit:UK Centre for Astrobiology/University of Edinburgh
I århundraden, människor har gjort det hårda arbetet med att bryta användbara mineraler och metaller från fast berg. Sedan, forskare lärde sig hur man kan utnyttja kraften hos små mikrober för att göra en del av detta arbete. Denna process, kallas biomining, har blivit vanligt på jorden.
När människor planerar expeditioner till platser som Månen och Mars, biomining erbjuder ett sätt att erhålla nödvändiga material på andra planetariska kroppar snarare än att ta dem från jorden. Detta tillvägagångssätt kallas in-situ resursutnyttjande. Dock, mikrober och stenar interagerar på olika sätt utanför jordens gravitation, potentiellt påverka produktionen från utomjordisk biomining.
En ny undersökning på den internationella rymdstationen representerar den första studien av hur mikrober växer på och förändrar planetariska stenar i mikrogravitation och simulerad gravitation från Mars. Studien, BioRock, är också det första testet av utomjordisk biomining och den första användningen av en prototyp miniatyr gruvreaktor i rymden.
"Vi studerar tre typer av mikrober, ger oss den första jämförelsen mellan beteenden hos olika mikrober i rymdmiljön, sa chefsutredaren Charles Cockell, professor vid UK Centre for Astrobiology, University of Edinburgh. Forskare vet väldigt lite om hur mikrogravitation påverkar mikrober och mineralinteraktioner, men tidigare forskning visar att vidhäftning av mikrober till ytor, eller bildandet av biofilmer, sker annorlunda i rymden.
En mikrobiell biofilm som växer på basaltsten. Kredit:Rosa Santomartino, UK Centre for Astrobiology/University of Edinburgh
I allmänhet, biofilmer ökar, växer tjockare och visar speciella former och strukturer i mikrogravitation. Utredarna förväntar sig att se liknande beteende av mikroberna i BioRock-utredningen.
"För utredningen, vi använder basaltsten som är naturligt mycket vesikulär, eller innehåller många utrymmen, för att se hur bakterierna interagerar i dessa håligheter i mikrogravitation, sa Rosa Santomartino, en postdoktor vid Cockell-labbet som undersöker tillväxten av mikrober. Tillbaka på jorden, utredarna planerar att undersöka hur mikroberna växte över och in i berget och att jämföra de tre typerna av mikrober.
De kommer också att titta på elementen som lakas in i vätskan runt berget, och undersöka hur väl de olika mikroberna extraherade mer än 20 olika grundämnen från stenarna. De tre mikroberna inkluderar en isolerad från ökenskorpor i västra USAs Coloradoplatå, en tillhandahållen av German Aerospace Center, och en annan känd för sin motståndskraft mot tungmetaller från Belgium Nuclear Research Center.
"BioRock-experimentet börjar sätta ihop pusselbitarna, ", tillade Cockell. "Förstå hur mikrober interagerar, växa och extrahera element från en stenyta i mikrogravitation och simulerad Mars gravitation kommer att berätta för oss, för första gången, om låg gravitation påverkar mikroorganismernas förmåga att fästa på bergytor och utföra biomining. Med andra ord, om utomjordisk gruvdrift är möjlig."
Sex av biomining-reaktorerna skickade till rymdstationen för BioRock-utredningen. Kredit:Rosa Santomartino, UK Centre for Astrobiology/University of Edinburgh
Resultaten bör ge kvalitativ och kvantitativ jämförelse av bakterie- och berginteraktioner som äger rum vid jordbunden gravitation, simulerad gravitation från mars, och mikrogravitationsnivåer. Till exempel, frånvaron av termisk konvektion i mikrogravitationen kan begränsa tillgången på mat och syre till bakterier i steniga miljöer och undertrycka deras tillväxt.
"Vi hoppas få insikter om hur mikrober växer i rymden och hur vi kan använda dem i mänsklig utforskning och bosättning av rymden, från gruvdrift till att förvandla stenar till jordar på månen och Mars, " sa Cockell. Interaktioner mellan mikrob och berg kan förvandla sten till jordar och upptäcktsresande kan en dag använda dem för att omvandla regolit - lagret av damm, fragmenterat skräp som täcker månens yta, Mars, och asteroider – i jordar för att odla växter.
Nästa, utredarna kommer att genomföra ytterligare experiment med olika mikrober och material för att ytterligare förfina användningen av mikrober för resursanvändning på plats.
"Mikrober finns överallt - i vår mat, våra hem, och våra industriella processer – och de gör oerhört viktiga saker i vår vardag, ", sa Cockell. "När vi rör oss ut i rymden, vi kan utnyttja mikrober för att göra våra liv enklare och förbättra framgången för rymdbosättningar. BioRock handlar om att bilda en ny rymdfarande allians med den mikrobiella världen – att använda mikrober för att främja en permanent mänsklig närvaro i rymden."
Och att låta de små organismerna göra en del av det hårda arbetet.
