空間站開展微生物隕石采礦研究

微生物能否從太空巖石中提取有價值的金屬？在國際空間站開展的一項開創(chuàng)性實驗中，研究人員測試了細菌和真菌在微重力環(huán)境下從隕石中浸出鉑族元素的能力。

空間實驗表明，真菌在微重力環(huán)境下能高效地從隕石中提取有價值的金屬，這有助于推動小行星生物采礦及可持續(xù)資源利用的發(fā)展。

隨著人類將目光投向深空旅行，有一類旅伴將不可避免地同行：微生物。

它們與我們密不可分，棲息于我們的皮膚表面、體內(nèi)，以及日常接觸的各類物體表面和食物上。理解這些微生物在太空環(huán)境中的響應機制至關(guān)重要。它們不僅被動隨行，更有可能主動助力人類開展太空探索與長期駐留。

某些微生物，包括細菌和真菌，能夠從巖石中提取重要礦物。這一能力有望在未來減少對地球運輸大量原始材料的需求，為遠離地球的航天任務提供一種更具可持續(xù)性的資源獲取方式。

國際空間站生物采礦實驗聚焦鉑族金屬

為探究這一潛力，康奈爾大學與愛丁堡大學的科學家合作開展了一項研究，考察微生物在微重力環(huán)境下從隕石材料中回收鉑族元素的能力。該實驗在國際空間站上進行。結(jié)果表明，用于生物浸出的真菌在提取鈀（一種高價值金屬）方面尤為高效。當去除真菌后，微重力條件下的非生物浸出效率明顯降低。

邁克爾斯科特霍普金斯在國際空間站開展微重力實驗。圖片來源：康奈爾大學

該研究成果發(fā)表于《npj微重力》。農(nóng)業(yè)與生命科學學院生物與環(huán)境工程助理教授羅莎桑托馬爾蒂諾擔任第一作者，微生物學研究助理亞歷山德羅斯蒂爾佩為共同作者。

該研究作為BioAsteroid項目的一部分開展，由愛丁堡大學天體生物學教授、資深作者查爾斯科克爾（CharlesCockell）領(lǐng)銜，并聯(lián)合該校其他研究人員共同完成。研究團隊選用細菌鞘氨醇單胞菌（Sphingomonasdesiccabilis）和真菌簡單青霉（Penicilliumsimplicissimum），測試其從L型球粒隕石類小行星物質(zhì)中提取元素的能力。除識別可回收元素外，研究人員還旨在深入理解微生物在微重力環(huán)境下與巖石材料的相互作用機制。

微重力、代謝組學與微生物機制

這很可能是國際空間站上首次開展的針對隕石的微生物實驗，桑托馬蒂諾表示，我們希望在方法設計上既保持針對性，又兼顧普適性，以提升研究的科學價值。這兩種微生物屬于完全不同的物種，其代謝與提取能力也各不相同。因此，我們旨在探究它們在空間環(huán)境中具體如何作用、作用效果為何，同時確保研究成果具有更廣泛的適用性，因為目前關(guān)于微生物在微重力等空間環(huán)境中的行為機制仍知之甚少。

微生物是資源提取的理想候選者，因為它們能產(chǎn)生羧酸類物質(zhì)——一類可與礦物通過絡合作用結(jié)合并促進其釋放的含碳分子。然而，該過程的諸多細節(jié)仍不明確，桑托馬爾蒂諾解釋道。為深入探究這一機制，研究團隊開展了代謝組學分析。他們采集了已完成實驗樣品的部分液體培養(yǎng)物，并檢測其中存在的生物分子，重點關(guān)注次級代謝產(chǎn)物。

美國國家航空航天局（NASA）宇航員邁克爾斯科特霍普金斯在軌執(zhí)行了該實驗的空間部分，以評估微重力環(huán)境的影響。在地面，研究人員同步開展了常重力條件下的對照實驗，以便進行結(jié)果比對。桑托馬蒂諾和斯蒂爾佩隨后處理了一個涵蓋44種元素的大型數(shù)據(jù)集，其中18種元素為生物提取所得。

真菌鈀提取與重力效應

我們把分析細化到單個元素層面，開始提出問題：例如，提取過程在太空環(huán)境中與在地球上的表現(xiàn)是否不同？當存在細菌、真菌，或兩者同時存在時，這些元素的提取效率是否存在差異？這些差異是隨機噪聲，還是呈現(xiàn)出某種可解釋的規(guī)律？我們并未觀察到顯著的差異，但確實發(fā)現(xiàn)了一些非常有趣的現(xiàn)象。

康奈爾大學農(nóng)業(yè)與生命科學學院生物與環(huán)境工程助理教授羅莎桑托馬蒂諾為送往國際空間站的樣本做準備。

數(shù)據(jù)顯示，微生物在軌道環(huán)境中的代謝活動發(fā)生了顯著變化，尤其是真菌。在微重力條件下，其多種分子（包括羧酸類物質(zhì)）的生成量增加，并增強了鈀、鉑及其他元素的釋放。

對于許多元素而言，非生物浸出（即使用不含微生物的溶液提取元素）在微重力條件下的效果較地球重力條件下更差；相比之下，微生物提取在兩種重力條件下的效果則相對穩(wěn)定。

太空生物采礦在地球及更遠空間的應用

在這些情況下，微生物本身并未提升萃取效率，而是使萃取效率在不同重力條件下保持相對穩(wěn)定。桑托馬爾蒂諾表示，這種現(xiàn)象不僅見于鈀元素，也適用于多種其他金屬，但并非所有金屬均如此。事實上，另一項復雜卻十分有趣的結(jié)果是：萃取速率會因所處理金屬種類的不同而顯著變化，同時也會隨所用微生物種類及重力條件的不同而發(fā)生明顯改變。

除支持航天任務外，相關(guān)研究成果還可惠及地球上的諸多產(chǎn)業(yè)。潛在應用包括在資源有限的環(huán)境中開展更高效的生物采礦、處理礦山廢棄物，以及開發(fā)支持循環(huán)經(jīng)濟的可持續(xù)生物技術(shù)。不過，桑托馬爾蒂諾指出，那些期待獲得太空環(huán)境對微生物影響之簡單解釋的研究人員可能會感到失望，因為該系統(tǒng)涉及過多相互作用的因素。

依據(jù)微生物種類的不同、空間環(huán)境條件的差異，以及研究人員所采用方法的區(qū)別，結(jié)果都會發(fā)生變化。桑托馬蒂諾表示，細菌與真菌彼此之間高度多樣，而空間環(huán)境又極為復雜，因此目前尚無法給出一個統(tǒng)一的答案。或許我們還需進一步深入探索。我并非有意追求詩意，但在我看來，這恰恰體現(xiàn)了該領(lǐng)域的魅力所在——它極其復雜，而我正為此著迷。

國際空間站上利用微生物從小行星物質(zhì)中進行生物采礦

該研究得到了英國科學與技術(shù)設施理事會、利華休姆信托基金、愛丁堡大學物理與天文學學院以及愛丁堡大學與萊斯大學戰(zhàn)略協(xié)作資助項目的支持。

BY: Cornell University

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參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.原文來自： https://scitechdaily.com/microbes-mine-meteorites-in-groundbreaking-space-station-experiment/

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