微生物在空間站模擬隕石采礦實驗

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性實驗中，研究人員測試了細菌和真菌在微重力環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資源利用的發展。

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，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境中的響應機制至關重要。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

該研究成果發表于《npj微重力》。農業與生命科學學院生物與環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）領銜，并聯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，因為目前關于微生物在微重力等空間環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，因為它們能產生羧酸類物質——一類可與礦物通過絡合作用結合并促進其釋放的含碳分子。然而，該過程的諸多細節仍不明確，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物，并檢測其中存在的生物分子，重點關注次級代謝產物。

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行了該實驗的空間部分，以評估微重力環境的影響。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種元素的大型數據集，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，提取過程在太空環境中與在地球上的表現是否不同？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，還是呈現出某種可解釋的規律？我們并未觀察到顯著的差異，但確實發現了一些非常有趣的現象。

康奈爾大學農業與生命科學學院生物與環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。

數據顯示，微生物在軌道環境中的代謝活動發生了顯著變化，尤其是真菌。在微重力條件下，其多種分子（包括羧酸類物質）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定。桑托馬爾蒂諾表示，這種現象不僅見于鈀元素，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生明顯改變。

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

依據微生物種類的不同、空間環境條件的差異，以及研究人員所采用方法的區別，結果都會發生變化。桑托馬蒂諾表示，細菌與真菌彼此之間高度多樣，而空間環境又極為復雜，因此目前尚無法給出一個統一的答案。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，這恰恰體現了該領域的魅力所在——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中進行生物采礦

該研究得到了英國科學與技術設施理事會、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略協作資助項目的支持。

BY: Cornell University

FY: AI

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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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