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供水供藥供氧氣,助建月球棲息地,微生物研究在太空舞臺(tái)綻放異彩

2025-02-12 01:35:00 來(lái)源: 科技日?qǐng)?bào) 點(diǎn)擊數(shù):

科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞 

在太空環(huán)境中,微生物并非“稀客”。此前在國(guó)際空間站上,微生物主要作為研究對(duì)象,甚至被視為污染物。然而,隨著科學(xué)家將探索的目光投向國(guó)際空間站之外更遼闊無(wú)垠的太空,微生物有望在全新的大舞臺(tái)上綻放異彩。

英國(guó)《自然》網(wǎng)站近期報(bào)道稱,微生物將在太空生物采礦(尤其是稀土元素的開(kāi)采)、為宇航員生產(chǎn)食品和藥品、構(gòu)建太空棲息地等諸多領(lǐng)域大顯身手。

“生物制藥”前景可期

科學(xué)家認(rèn)為,微生物將在太空探索領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用:它們不僅能生產(chǎn)宇航員呼吸所需的氧氣,還能制造保障宇航員健康的藥品,甚至在太空中凈化水源,為宇航員提供安全飲水。

美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)艾姆斯研究中心羅斯柴爾德團(tuán)隊(duì)正致力于研究土壤細(xì)菌——枯草芽孢桿菌。這種細(xì)菌能形成持久孢子,具有極強(qiáng)的耐寒能力,已被證實(shí)能在太空旅行的極端環(huán)境中生存下來(lái)。研究人員計(jì)劃改造這種細(xì)菌,使其能清除火星水源中天然存在的高氯酸鹽有毒化合物,從而為未來(lái)執(zhí)行火星探測(cè)任務(wù)的宇航員提供安全的飲用水。

研究人員還希望,利用這種細(xì)菌來(lái)生產(chǎn)藥物。在執(zhí)行長(zhǎng)達(dá)3年的火星任務(wù)期間,宇航員可能需要準(zhǔn)備多種藥物,如治療太陽(yáng)輻射對(duì)骨骼損傷的藥物等。如果能讓微生物在太空中茁壯生長(zhǎng),宇航員就能用它們按需制造藥物,這也為太空生物制藥奠定了基礎(chǔ)。

美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校生物工程師改造了一種螺旋藻——鈍頂節(jié)螺藻,來(lái)合成止痛藥撲熱息痛(對(duì)乙酰氨基酚)。只需添加兩個(gè)基因,一個(gè)來(lái)自細(xì)菌,一個(gè)來(lái)自蘑菇,就能讓這種藍(lán)藻將氨基酸酪氨酸轉(zhuǎn)化為撲熱息痛。此外,藍(lán)藻還可利用陽(yáng)光和火星大氣中的二氧化碳進(jìn)行光合作用,為宇航員制造所需的氧氣。

“生物磚塊”打造棲息地

微生物也能為打造太空棲息地“添磚加瓦”。

羅斯柴爾德團(tuán)隊(duì)正積極探索利用真菌建造“真菌建筑”。真菌能將木屑或營(yíng)養(yǎng)水凝膠等原料轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)長(zhǎng)的菌絲體。這種材料不僅具有阻擋輻射、隔絕噪音、耐火等多重優(yōu)勢(shì),而且外觀更加溫馨舒適,比鋼筋水泥建筑更有家的感覺(jué)。

研究人員暢想,未來(lái)或許能將預(yù)先填滿真菌及培養(yǎng)基的充氣建筑模塊送上太空。屆時(shí),宇航員只需簡(jiǎn)單添加水和氧氣,真菌就能迅速“開(kāi)工”,建造出理想的房屋。

印度科學(xué)研究所的工程師們正在考慮利用細(xì)菌建造磚塊?;鹦呛驮虑蛲寥乐腥狈︷ね?,難以將表面的巖石和沙子粘連在一起,而巴氏芽孢桿菌或許能在這方面“大顯身手”。

巴氏芽孢桿菌常見(jiàn)于污水和土壤中,能將土壤中的尿素轉(zhuǎn)化為碳酸根離子。工程師們已在地球上利用這種細(xì)菌修復(fù)土壤,通過(guò)讓其與碳酸鹽和鈣離子結(jié)合,生產(chǎn)出石灰石,進(jìn)而制造出“生物水泥”。

研究團(tuán)隊(duì)嘗試將這種微生物和鈣鹽與模擬的月球或火星風(fēng)化層混合。短短5天后,這種細(xì)菌就“制造”出了磚塊。隨后,他們又在磚塊中添加了瓜爾膠——一種廣泛用于紡織品和化妝品中的黏合劑和增稠劑,得到了更堅(jiān)固耐用的“太空磚塊”。

“生物采礦”大有可為

細(xì)菌還有望在太空采礦中扮演重要角色??茖W(xué)家已經(jīng)利用微生物從地球礦石中成功提取出銅、金等金屬。

在此基礎(chǔ)上,荷蘭海洋能源中心研究團(tuán)隊(duì)利用希瓦氏菌這種生活在土壤和深海中的微生物,從模擬的月球和火星風(fēng)化層(地面以下的疏松層)中,提取出了鐵。

當(dāng)微生物將模擬風(fēng)化層中的鐵提取出來(lái)后,團(tuán)隊(duì)用磁鐵將其收集起來(lái),送入3D打印機(jī),打印出一種圓柱體。研究團(tuán)隊(duì)表示,這些經(jīng)過(guò)微生物處理的圓柱體的強(qiáng)度,是未經(jīng)微生物處理的圓柱體強(qiáng)度的4倍。這或許因?yàn)槲⑸镩_(kāi)采的材料不僅鐵含量更高,且硅含量更低。

愛(ài)丁堡大學(xué)英國(guó)天體生物學(xué)中心則在積極探索利用微生物在太空巖石中浸出稀土元素的潛力。稀土元素在手機(jī)、電腦屏幕以及其他高科技領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

早在2019年,該中心就啟動(dòng)了“生物巖石”項(xiàng)目。他們?cè)趪?guó)際空間站開(kāi)展了一系列實(shí)驗(yàn),評(píng)估了3種細(xì)菌在微重力和模擬火星重力條件下,從巖石中浸出稀土元素的潛力。結(jié)果顯示,經(jīng)過(guò)3周培養(yǎng),名為鞘氨醇單胞菌的土壤細(xì)菌就成功從玄武巖(在月球和火星表面比較常見(jiàn))中提取出了稀土元素。這項(xiàng)研究展示了細(xì)菌助力從月球或火星地表提取重要金屬的光明前景。

研究人員表示,相關(guān)實(shí)驗(yàn)為在整個(gè)太陽(yáng)系開(kāi)展“生物增強(qiáng)采礦”研究,以及驗(yàn)證相關(guān)技術(shù)的可行性提供了有力支撐。

責(zé)任編輯:常麗君

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