Mineralien im Weltraum können etwas einfacher sein als gedacht – mit Hilfe einiger der kleinsten Bewohner der Erde.
Experimente an Bord der Internationalen Raumstation haben gezeigt, dass Bakterien die Effizienz des Bergbaus im Weltraum um mehr als 400 Prozent steigern können. Dies bietet einen viel einfacheren Zugang zu Materialien wie Magnesium, Eisen und Mineralien der Seltenen Erden, die in der Elektronik- und Legierungsherstellung weit verbreitet sind. .
Hier auf der Erde spielen Bakterien eine sehr wichtige Rolle bei der Gewinnung von Mineralien aus der Erde. Sie sind an der natürlichen Verwitterung und Zerstörung von Gesteinen beteiligt und setzen die darin enthaltenen Mineralien frei.
Diese Fähigkeit von Bakterien, Metalle aus der Umwelt auszulösen, wurde im Bergbau genutzt. Biomining genannt, hat es mehrere Vorteile. Dies kann beispielsweise dazu beitragen, die Abhängigkeit von Cyanid beim Goldabbau zu verringern. Bakterien können auch dazu beitragen, kontaminierten Boden zu dekontaminieren.
In Weltraumumgebungen wie Asteroiden, dem Mond und sogar dem Mars wird der Bergbau ein wertvolles Werkzeug sein, wenn wir menschliche Außenposten bauen. Die Lieferung von Materialien von der Erde ist teuer; Selbst die billigste Option, Falcon Heavy von SpaceX, kostet 1.500 USD pro Kilogramm Nutzlast. Daher untersuchten Wissenschaftler die Möglichkeit des Bio-Mining im Weltraum.
„Mikroorganismen sind sehr unterschiedlich und können auf unserem Weg in den Weltraum viele Prozesse ausführen“, erklärte die Astrobiologin Rosa Santomartino von der Universität Edinburgh in Großbritannien. “Elementarabbau ist möglicherweise einer von ihnen.”
Im Laufe von 10 Jahren entwickelte das Team ein kleines Gerät in Streichholzschachtelgröße, einen sogenannten Bioverarbeitungsreaktor, der leicht transportiert und auf der Internationalen Raumstation installiert werden konnte. Im Juli 2019 wurden dann 18 dieser Bioprospektionsreaktoren zur ISS geschickt, um Experimente im erdnahen Orbit durchzuführen.
Jeder Biomasse-Reaktor enthielt eine Bakterienlösung, in die ein kleines Stück Basalt, ein auf dem Mond reichlich vorhandenes Vulkangestein, eingetaucht war. Über einen Zeitraum von drei Wochen wurde der Basalt einer Bakterienlösung ausgesetzt, um festzustellen, ob die Bakterien die gleiche Funktion zur Verwitterung von Gesteinen unter Bedingungen mit geringer Schwerkraft erfüllen konnten.
Bei der Simulation der Marsgravitation, der Simulation der Erdgravitation (unter Verwendung einer Zentrifuge) und der Mikrogravitation experimentierte das Team mit getrennten Lösungen von drei verschiedenen Bakterien: Sphingomonas desiccabilis, Bacillus subtilis und Cupriavidus metallidurans. Eine Kontrolllösung ohne Bakterien wurde als Basislinie verwendet.
Die Forscher fanden heraus, dass es keine signifikanten Unterschiede in der Bakterienauswaschungseffizienz in Abhängigkeit von den Schwerkraftbedingungen gab, und bei B. subtilis und C. Metallidurans war die Gewinnung von Seltenerdmineralien geringer und unterschied sich geringfügig von der Kontrolllösung.
Die S. desiccabilis-Lösung entfernte jedoch signifikant mehr Seltenerdmineralien aus dem Basalt als die Kontrolllösung.
“Für S. desiccabilis hat der Organismus in allen einzelnen Seltenen Erden und unter allen drei Gravitationsbedingungen auf der ISS 111,9% auf 429,2% der nichtbiologischen Kontrollen ausgelaugt”, schrieben die Forscher in ihrer Arbeit.
(Cockell et al., Nature Communications, 2020).
Da zuvor gezeigt wurde, dass die Schwerelosigkeit mikrobielle Prozesse beeinflusst, ist die Ähnlichkeit zwischen den Konzentrationen der unter allen drei Schwerkraftbedingungen extrahierten Mineralien überraschend. Das Team stellte jedoch fest, dass alle drei Bakterien unter allen drei Schwerkraftbedingungen die gleichen Konzentrationen erreichten, wahrscheinlich weil sie genug Nährstoffe hatten, um dies zu tun.
Sie kamen zu dem Schluss, dass mit genügend Nährstoffen die biologische Vielfalt unter verschiedenen Schwerkraftbedingungen möglich ist.
“Unsere Experimente bestätigen die wissenschaftliche und technische Machbarkeit eines biologisch verbesserten Abbaus elementarer Ressourcen im Sonnensystem”, sagte der Astrobiologe Charles Cockell von der University of Edinburgh.
„Während es wirtschaftlich unpraktisch ist, diese Elemente im Weltraum abzubauen und auf die Erde zu bringen, hat der Bioabbau im Weltraum das Potenzial, eine sich selbst tragende menschliche Präsenz im Weltraum zu unterstützen.
Zum Beispiel zeigen unsere Ergebnisse, dass der Bau von Roboter- und bemannten Minen in der Region des Mondes Oceanus Procellarum, wo es Gesteine mit hohen Konzentrationen an Seltenerdelementen gibt, eines der fruchtbaren Gebiete der wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Entwicklung der Menschheit außerhalb der Erde sein könnte. '
Die Forschung wird in Nature Communications veröffentlicht.
Quellen: Foto: Das auf Basalt wachsende Bakterium Sphingomonas desiccabilis ist rechts in dem in der Biorock-Studie verwendeten natürlich porösen Gestein sichtbar. Credits: Rosa Santomartino, UK Zentrum für Astrobiologie / Universität von Edinburgh
