Токсичная марсианская почва делает кирпичи прочнее

Фото из открытых источников

Использование местных ресурсов будет ключевым фактором любой миссии на Луну или Марс — во многом из-за высокой стоимости доставки этих ресурсов с Земли на наши новейшие форпосты. Но на Марсе, в частности, есть один местный ресурс, который долгое время считался вредным — перхлораты. 

Эти химические вещества, токсичные почти для всех форм жизни, составляют от 0,5 до 1% марсианской почвы и долгое время считались скорее препятствием, чем помощью в наших усилиях по колонизации новой планеты. Однако новая статья исследователей из Индийского института науки и Университета Флориды показывает, что при изготовлении кирпичей для строительства форпоста перхлораты на самом деле помогают.

Ранее уже сообщалось о попытках изготовления кирпичей из марсианского реголита, но в тех отчетах не говорилось, что большинство имитаторов марсианского реголита не содержат перхлоратов, поскольку они представляют собой пожарную опасность. Поэтому все эти результаты, многие из которых включали в себя процесс биоцементации, осуществляемый бактериями, не учитывали один из важнейших компонентов марсианской почвы.

Именно это и было целью новой статьи, недавно опубликованной в PLOS One. Исследователи намеренно добавили перхлораты в смесь, имитирующую марсианскую среду, которую они ранее использовали для изготовления кирпичей, и смешали все это в суспензии. После некоторого времени перемешивания они изготовили кирпичи из полученного материала и проверили их на прочность на сжатие.

Пожалуй, наиболее важной частью смеси были бактерии. Исследователи использовали штамм Sporosarcina pasteurii, обнаруженный в почве Бангалора. Он продемонстрировал впечатляющую реакцию на воздействие перхлоратов в лабораторных условиях, включая образование плотных скоплений множества клеток. Возможно, наиболее важным является то, что он создал структуру, называемую внеклеточным матриксом (ВКМ), с «микромостами» между бактериями и минералами в почве.

Но одних бактерий было недостаточно для изготовления кирпичей — для этого требовались комбинации материалов. Для этого проводили контрольные эксперименты с различными ингредиентами, включая эксперимент только с водой, который практически мгновенно разрушался. Суспензия, состоящая только из бактерий, воды и имитатора, показала ещё худшие результаты. Только после добавления натурального клея, известного как гуаровая камедь, извлекаемого из растения гуар, прочность на сжатие начала улучшаться. Сочетание её только с водой не даёт особых преимуществ, но в сочетании с бактериями камедь, по-видимому, действует как клей и питательная среда для самих бактерий, позволяя кирпичам стать более чем в три раза прочнее, чем образцы, полученные с использованием только бактерий или только гуаровой камеди.

Еще одним важным компонентом был хлорид никеля, хотя его взаимодействие с другими материалами неоднозначно. Первоначально его добавляли в качестве катализатора уреолиза — химической реакции, приводящей в действие биоцементацию, в результате которой образуются кирпичи. Однако в марсианской почве он не так легко доступен, поэтому его либо пришлось бы перерабатывать на отдельном этапе (поскольку в почве присутствуют и никель, и хлор), либо доставлять с Земли. Тем не менее, смесь с самой высокой прочностью на сжатие вообще не содержала хлорид никеля.

Этот титул достался комбинации бактерий, гуаровой камеди и перхлората, прочность на сжатие которой более чем вдвое превышала прочность, достигнутую при использовании только комбинации бактерий и гуаровой камеди. Так почему же добавление вещества, известного своей способностью убивать живые организмы, заставляет эти организмы создавать более прочный кирпич?

Ответ на этот вопрос оставлен для будущих исследований, но авторы предположили, что внеклеточный матрикс, образовавшийся у бактерий при воздействии перхлората, мог сыграть свою роль. Микромосты, связывающие бактерии с минеральной средой, могли повысить их способность противостоять сжимающему давлению. Это звучит как интересная гипотеза для проверки, и группа исследователей до сих пор активно этим занимается. В данном конкретном случае, с точки зрения использования ресурсов на Марсе, кажется, что перхлораты скорее помогут, чем помешают.