Ученые вырастили марсианские кирпичи из песка и дрожжей, без использования печи

Фото из открытых источников

Смесь, получившая название MLBM (Martian living building material — живой строительный материал Марса), работает благодаря тому, что клетки дрожжей модифицированы для выращивания липких белков на своей поверхности: одни связывают клетки друг с другом, другие приклеивают их к песчинкам. В статье, опубликованной в журнале Chem Circularity, исследователи описывают смешивание этой смеси с желатиновой жидкостью и воздействие на нее низких температур, близких к марсианским, и давления, близкого к вакууму, в результате чего она затвердевает, превращаясь в прочный конструкционный материал. Раздробленные кусочки можно измельчить и переработать в новые кирпичи — своего рода встроенная система переработки, которая может иметь большое значение на планете, где ничто не доставляется дважды.

Исследователи начали с генетической модификации распространенного типа дрожжей, тех же самых, которые используются в выпечке и пивоварении, чтобы на поверхности их клеток образовывались липкие белки. Некоторые из этих белков помогали дрожжевым клеткам скрепляться друг с другом, в то время как другие, вдохновленные тем, как мидии приклеиваются к камням в бурных океанских волнах, помогали дрожжам прочно прикрепляться к песчинкам.

Модифицированные дрожжи помещали в желатиновую жидкость, которую затем смешивали с обычным песком. После непродолжительного выдерживания при комнатной температуре смесь подвергали процессу лиофилизации, имитирующему марсианские условия: температура около -55 градусов Цельсия и разреженное до почти нуля атмосферное давление. По мере того, как вода внутри замерзала, а затем мгновенно превращалась в пар, желатин образовывал пористую структуру, и клетки дрожжей встраивались в ее стенки, укрепляя ее изнутри.

После затвердевания исследователи сжимали и сгибали небольшие блоки и балки до разрушения — стандартный способ измерения прочности. Лучший вариант выдерживал около 12 мегапаскалей силы сжатия и около 6 мегапаскалей силы изгиба до разрушения (мегапаскаль — это единица измерения давления). Для сравнения, его прочность на изгиб, как сообщается, в два раза превышала прочность аналогичного легкого цементного бетона, и он поглощал энергию до растрескивания примерно так же хорошо, как железобетон, специально разработанный для обеспечения высокой прочности.

В отдельном эксперименте проверялась возможность 3D-печати смеси, поскольку любое реальное сооружение на Марсе, скорее всего, будет строиться на принтерах, а не изготавливаться вручную из готовых форм. Используя камеру, способную имитировать как сильный холод, так и разреженный воздух, команда напечатала небольшую конструкцию в форме маяка в условиях, имитирующих марсианские: давление около 0,01 атмосферы и температура -30 градусов Цельсия. Как ни странно, в этих более суровых и холодных условиях конструкция держалась лучше, чем при более мягком, но все же низком давлении, вероятно, потому что сильный холод не позволял воде внутри смеси закипеть и образовать разрушительные пузырьки.

Для проверки возможности повторного использования команда измельчила затвердевшие кирпичи и восстановила их, используя тот же рецепт и процесс, повторив цикл несколько раз. Восстановленные кирпичи сохранили аналогичную прочность и жесткость, как и оригинальные, а дрожжевые клетки внутри остались живыми, что подтверждается светящимся маркером, видимым под микроскопом.

Всё это не означает, что в ближайшее время на Марсе появятся дрожжевые кондоминиумы. Исследователи прямо заявляют, что их наиболее эффективная формула по-прежнему зависит от желатина, полученного из свиной кожи, ингредиента, который пришлось бы доставлять с Земли, вместе с питательными веществами для дрожжей. Они также протестировали версию без желатина, изготовленную исключительно из биологического связующего вещества; она была слабее, но всё ещё держала форму, что указывает на возможность создания рецепта, который будет меньше зависеть от материалов, доставляемых с Земли.

Длинный список инженерных проблем также отделяет этот лабораторный результат от реальной марсианской конструкции. Реальный жилой модуль должен удерживать пригодный для дыхания воздух, защищая его от враждебной внешней атмосферы, блокировать радиацию, справляться с пылью и служить годами, а не просто выдерживать несколько лабораторных испытаний. Исследователи описывают свой материал как возможный строительный блок, а не как полностью герметичный дом. Показатели прочности, опыт печати и циклы переработки обнадеживают, но это пока результаты лабораторных исследований, а не готовая к выполнению миссии система.

Его достижение более узконаправленное, но реальное: возможная, менее энергозатратная альтернатива методам строительства, которые зависят от нагрева марсианского материала выше 1000 градусов Цельсия. Независимо от того, будет ли эта конкретная смесь дрожжей и желатина использована в реальной марсианской стене, она указывает на биологический фактор, а не на грубую силу нагрева, как на многообещающий строительный инструмент для места, столь далекого от дома.