如果人类未来开展深空探索,微生物可能不仅是随行者,也可能成为资源获取的工具。研究人员指出,细菌和真菌等微生物能够从岩石中释放关键矿物元素,这为在太空环境中获取资源提供了不依赖重型机械的潜在路径。
康奈尔大学与爱丁堡大学研究人员合作,在国际空间站开展实验,测试微生物在微重力条件下从陨石材料中提取铂族元素的能力。研究发现,用于“生物采矿”的真菌在释放贵金属钯方面表现突出;同时,在微重力环境下,去除真菌会对非生物浸出(无微生物参与的溶液提取)产生不利影响。
上述研究发表在《npj微重力》(npj Microgravity)。论文第一作者为康奈尔大学农业与生命科学学院生物与环境工程助理教授罗莎·桑托马蒂诺(Rosa Santomartino),康奈尔大学微生物学研究助理亚历山德罗·斯蒂尔佩(Alessandro Stilpe)为共同作者。

该实验隶属于由爱丁堡大学天体生物学教授查尔斯·考克尔(Charles Cockell)牵头的BioAsteroid项目。团队选用干燥球菌(Sphingomonas desiccabilis)与单纯青霉(Penicillium simplicissimum)两种微生物,研究其从L型球粒陨石材料中可能浸出的元素,并重点关注微重力条件下微生物与岩石相互作用的变化。
桑托马蒂诺表示,这可能是国际空间站上首次开展此类陨石材料实验。研究团队希望在保持实验设计针对性的同时,使结果对理解微生物在太空环境中的行为具有更广泛的参考价值。
研究人员指出,微生物之所以被视为资源提取的候选工具,与其产生羧酸有关。羧酸可通过络合作用附着于矿物并促进元素释放。为进一步理解相关机制,团队还进行了代谢组学分析,从实验结束后的液体培养物中取样,检测其中的生物分子,尤其是次级代谢产物。

实验执行方面,美国宇航员迈克尔·斯科特·霍普金斯(Michael Scott Hopkins)在国际空间站完成微重力实验;研究人员在地面实验室同步开展对照实验,以地球重力条件作为参照。随后,桑托马蒂诺与斯蒂尔佩对数据进行分析,覆盖44种不同元素,其中18种被观察到发生生物提取。
团队进一步比较了不同重力条件下的提取差异,并区分细菌、真菌以及两者共存时的表现。斯蒂尔佩表示,整体差异并不显著,但数据中出现了一些值得关注的现象。
分析结果显示,微重力环境会显著改变微生物代谢,尤其是真菌:多种分子的产量增加,包括羧酸,并伴随钯、铂及其他元素释放增强。与此同时,对于多种元素而言,微重力条件下的非生物浸出效果不如地球环境;而微生物参与时,在两种重力条件下的总体表现相对一致。

桑托马蒂诺称,在部分情形下,微生物并未显著提高提取效率,但能够在不同重力条件下维持较稳定的提取水平。这一现象不仅出现在钯上,也适用于部分其他金属。不过,提取率会随金属种类、微生物种类以及重力条件不同而出现较大差异。
研究人员同时提到,相关技术除服务太空探索外,也可能为地球端应用提供思路,例如在资源受限环境或矿山废料中开展更高效的生物采矿,或用于循环经济相关的可持续生物技术。但桑托马蒂诺也指出,太空环境对微生物的影响受多种变量共同作用,难以用单一结论概括,仍需进一步研究。
