Головна Новини Маленькі колонізатори Місяця та Марсу

Маленькі колонізатори Місяця та Марсу

Статті

Анна Березкіна, аспірантка кафедри зоології та екології тварин біологічного факультету Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна

Бактерії, що допомагають добувати метали на Землі, можуть бути корисними у біовилуженні  хімічних елементів, необхідних для  інженерії у космосі. Людство завжди прагнуло пізнати найпотаємніші куточки не лише Землі, а й  дивовижні об’єкти та явища за її межами. Ще донедавна колонізація іншої планети була лише мрією футурологів та фантастів, однак величезні кроки у розвитку космічної галузі дають чітко зрозуміти, що це лише питання часу.

Так, при створенні позаземної бази на Місяці чи Марсі може виникнути необхідність видобувати ресурси на місці, а не доставляти їх із Землі. У розв’язанні цієї проблеми може допомогти технологія — добування  корисних копалин за допомогою мікробів. 

Використання мікроорганізмів для гірничих робіт — звичайна справа на Землі. Сьогодні за їхньої участі видобувається 20% міді у світі. Але чи можливо таку технологію використати у позаземних умовах? Останні дослідження науковців стверджують, що це цілком реально.

Особливості середовища Марсу та Місяця

Температурні режими Місяця дуже відрізняються в залежності від селенографічної широти. Вдень біля екватора температура досягає +1200С, а вночі знижується до -1300С. Найнижча температура була зареєстрована на дні місячного кратера Ерміт (-2500С). 

На Місяці вкрай розріджена атмосфера (газові оболонки такого типу науковці називають екзосферами),  що містить непритаманні Землі гази з калієм та натрієм. Сила тяжіння на поверхні нашого природного супутника в 6 разів менша за земну. 

Деякі ділянки Місяця багаті на оксид заліза та оксид титану. Скелі та реголіт на 42% складаються з кисню. Поверхня нашого супутника піддається постійному впливу сонячного вітру, вона надзвичайно суха, але на полюсах присутня вода у вигляді льоду (понад 600 мільйонів кубічних метрів). 

На відміну від Місяця, Марс має менший температурний діапазон, який складає від -1500С до +300С і характеризується різкими добовими, сезонними та широтними коливаннями. Атмосфера червоної планети дуже тонка та майже у 100 разів більш розріджена, ніж земна — її тиск у поверхні в середньому складає 0,6% від тиску біля поверхні Землі. Вона містить  96% вуглекислого газу, до 2% аргону та 2% азоту, а також водяну пару та інші гази у слідових кількостях. Прискорення вільного падіння на Марсі на 62,5% менше, ніж на нашій планеті. Радіація на аероцентричній орбіті у 2,5 раза перевищує її рівень на навколоземній, не кажучи вже про інтенсивну радіацію на марсіанській поверхні.

У геологічному відношенні Марс та Земля мають багато спільних рис, а саме:  більшість гірських порід цих планет належать до магматичних (базальтів). Червоний колір Марсу зумовлений наявністю на його поверхні великої кількості оксидів заліза. Фактично всі мінерали, що ідентифіковані на Марсі на сьогодні, також зустрічаються на Землі. Рідка вода на Червоній планеті зазвичай нестабільна, тому постійні водойми (ріки, озера, моря) там відсутні. В районі марсіанського екватора поверхня вважається сухою та вільною від рідкої або замороженої води, а от на полюсах накопичуються полярні шапки з водяного льоду та твердого вуглекислого газу (сезонні).

Чи є на Землі ділянки схожі середовищем на Марс 

© British Antarctic Survey, John Shears (Британська антарктична служба, Джон Ширс). Фото з інтернету. Сухі долини Антарктиди

Звичайно, порівнювати умови Землі з умовами Марсу і Місяця — це те саме, що шукати спільне між куркою та солов’єм, однак деякі місця з екстремальними характеристиками все ж можна знайти й на нашій планеті. Наприклад, полярна пустеля Антарктиди, як і Марс, дуже холодна та суха. Для неї характерна низька вологість (майже 50 мм опадів на рік над полярним плато), сильні вітри, вплив ультрафіолетового випромінювання, низькі температури. Мінімальна зареєстрована температура земної поверхні у Східній Антарктиді становить приблизно -98°C, тому шостий континент часто використовується як полігон для випробування космічних технологій і техніки з метою імітації позаземних умов.

Пустеля Атакама. Чилі

Іншим прикладом аналогів марсіанського середовища на Землі є Ісландія, де наявні базальтові породи з високим вмістом заліза та діючими вулканами серед льодовиків. Пустелю Атакама в Чилі порівнюють з червоною планетою через дуже сухий клімат та схожий мінеральний склад, пустелю в Аризоні — через базальтовий вулканізм зі стратифікованими породами, а Гаваї — через наявність великих базальтових щитових вулканів, схожих на марсіанський Olympus Mons (вулканічний конус Олімп).

Арізонська пустеля

Мікроскопічні «екстремали»

Маленькими «помічниками» в освоєнні інших планет та супутників можуть стати екстремофільні мікроорганізми Землі (археї, бактерії, мікроскопічні гриби, водорості, протозоа). Ці живі організми здатні існувати в найекстремальніших умовах нашої планети — від спекотних сухих пустель Африки, Азії, Америки до холодних арктичних пустель Арктики та Антарктиди. Навіть такі, здавалося б, непридатні до життя екологічні ніші, як гейзери, «чорні курці» (гейзери в місцях розлому тектонічних плит на океанському дні), радонові джерела, солончаки є досить комфортними для життя мікроорганізмів-екстремофілів. Діапазон життєздатності цих істот надзвичайно широкий і справді вражає.

Бурхливий розвиток досліджень екстремофілів розпочався після відкриття Томасом Броком (Thomas Brock) у 1969 році палички Thermus aquaticus (ріст при +790С), виділеної з киплячого гейзера Єллоустонського національного парку. Серед екстремофілів найчастіше розрізняють «любителів гострих відчуттів», а саме: психрофілів (холодолюбів) і термофілів (теплолюбів), ацидофілів (стійких до кислого середовища) та алкалофілів (обожнюють лужне середовище), ксерофілів (стійких до посухи), галофілів (витримують високу солоність), барофілів (мешканців середовища з високим тиском) та осмофілів (живуть при високих значеннях осмотичного тиску), радіорезистентних (витримують іонізуюче й УФ-випромінювання) і металорезистентних організмів (стійких до важких металів та їхніх солей), а також інших «екстремалів»,  терплячих до дії широкого спектра токсичних речовин. Дуже часто живі істоти поєднують у собі стійкість до кількох різних екстремальних чинників, тобто є поліекстремофілами, і володіють унікальними біохімічними механізмами захисту. 

Середовища існування поліекстремофілів, які процвітають в умовах кількох крайностей, є чудовими моделями для потенційного позаземного середовища існування. Яскравими представниками поліекстремофілів є сірко-окислюючі бактерії, що мешкають у кислому гідротермальному жерлі під високим тиском у басейні Гуаймас (Каліфорнійська затока), психрофільні галотолерантні (солестійкі) бактерії вічної мерзлоти у Сибірі та мешканці-барофіли скутих кригою озер Арктики й Антарктиди.

Звичайно, на Землі знайдені мікроорганізми-поліекстремофіли не з усіма можливими комбінаціями стійкості до жорстких умов. Однак бурхливий розвиток генної інженерії може допомогти у конструюванні живих істот з надможливостями, які надалі потенційно будуть корисними у колонізації планет і їхніх супутників. Штучно спроєктовані організми, ймовірно,  допоможуть у добуванні корисних копалин, зондуванні навколишнього середовища, виробництві харчових продуктів, палива та будівельних матеріалів.

У  2020 році в журналі Nature Communications була опублікована  стаття, в якій науковці експериментально показують потенціал бактерій у добуванні корисних копалин в умовах гравітації, близької до марсіанської. «Апетит» бактерій до різноманітних порід земної поверхні відомий давно й успішно використовується людством у біовидобуванні різних речовин, зокрема коштовних металів. Здатність мікроорганізмів «ласувати» певними мінералами використовують в очищенні забруднених ґрунтів і вод (так звана біоремедіація). Всі ці «таланти» бактерій можуть бути використані у космічних місіях. Окрім видобутку корисних копалин, маленькі помічники можуть бути залучені до формування ґрунту на супутниках чи планетах, вироблення «біокірки» для контролю пилу в замкненому просторі, виробництва біопалива з космічного реголіту тощо.

Відомо, що змінені умови гравітації (в тому числі мікрогравітація) впливають на ріст мікроорганізмів та їхній метаболізм (обмін речовин). Хоча здатність бактерій безпосередньо відчувати гравітаційні зміни є предметом обговорення, однак опосередкована дія все ж таки відбувається через зміни в осадженні та перемішуванні рідин (змішуванні поживних речовин та відходів).

З метою перевірки впливу різних значень гравітації на можливості бактерій, що «гризуть» каміння, був здійснений експеримент під назвою BioRock. Досліди проводилися у 2019 році Європейським космічним агентством на МКС в умовах невагомості. Астронавти досліджували здатність трьох штамів бактерій Sphingomonas desiccabilis, Bacillus subtilis та Cupriavidus metallidurans до біовидобування елементів з базальту (тип вулканічної породи, який часто зустрічається на Місяці та Марсі).   

Всі три штами відповідали таким критеріям: були стійкими до висушування, могли рости на твердих поверхнях і/або утворювати біоплівки, а також взаємодіяти з поверхнею гірських порід і/або бути здатними до біовилуження хімічних елементів (біовидобування). Для досліду взяли типові штами, виділені з різних локацій, а саме: вид Sphingomonas desiccabilis з ґрунтових кірок на плато Колорадо, Bacillus subtilis, що зустрічається всюди, зокрема й на камінні, та Cupriavidus metallidurans із гірських місцевостей і середовища, забрудненого металами.

Мініатюрний біореактор спеціально розробили для випробування у космосі. Він містив базальтові породи з Ісландії (Гуфунес, Рейк’явік), що дуже подібні за хімічним складом до базальту з Місяця та Марсу. Пластини цих порід занурювали в різні бактеріальні розчини протягом 21 дня, а різна гравітація була змодельована за допомогою центрифуги. В експерименті порівнювали біовилуження (добування) чотирнадцяти рідкісноземельних елементів в умовах мікрогравітації,  змодельованої марсіанської та земної гравітацій. Найуспішнішою в «шахтарській справі» виявилася бактерія Sphingomonas desiccabilis, яка чудово «добувала» рідкісноземельні елементи з базальту при всіх значеннях гравітації.   

Гейзер Строккур, Ісландія

Цей експеримент показав ефективність взаємодії бактерій з мінералами й успішне біовидобування корисних копалин в умовах космосу, що є ще одним кроком у досягненні мрії щодо постійної присутності людини поза межами Землі. Можливість добувати різні метали з порід Місяця та Марсу значно полегшить колонізацію цих космічних об’єктів, дасть змогу в майбутньому будувати колонії на місці, без додаткових зусиль на транспортування ресурсів із Землі. Ймовірно, всі ці плани-мрії незабаром стануть цілком реальними за допомогою однієї з найдревніших форм життя на Землі — бактерій. 

Втім, є надія, що одного дня людство таки зуміє колонізувати інші планети та, як в оповіданнях «Марсіанські хроніки» легендарного Рея Бредбері, якась звичайна сімейка зможе відкрити свою сосисочну на Марсі для космічних туристів. А поки ми рухаємося вперед з новими дивовижними відкриттями та насолоджуємося неймовірною планетою Земля!

Поделиться