Живой материал из дрожжей подошел для печати домов в марсианских условиях

Ученые из Гонконгского университета науки и технологии разработали материал для строительства в марсианских условиях. Они смешали дрожжи с желатином и песком и напечатали полученную смесь при низкой температуре и давлении, имитирующих марсианские. Вода быстро замерзает, а затем сублимирует, оставляя внутри материала множество микропор, а желатин образует легкий каркас для дрожжевых клеток. После высушивания материал сохраняет прочность, а дрожжи можно извлечь, размножить в биореакторе и снова использовать. Результаты исследования опубликованы в журнале Chem Circularity.

Сегодня одним из основных приоритетов NASA является возвращение людей на Луну: в рамках программы «Артемида» оно должно произойти в 2028 году. Пилотируемые полеты на Марс тем не менее тоже постепенно перестают быть исключительно сюжетом научной фантастики. SpaceX, которая, как и Blue Origin, сейчас создает лунные посадочные модули, планирует отправить грузы на Марс в 2028 году. И если марсианские миссии с участием людей состоятся, им придется решить не только проблемы длительного космического перелета, но и гораздо более приземленную задачу — где и из чего построить жилье на месте.  

Основой строительного материала для марсианских колоние должен стать местный реголит. Он похож на земной песок и в основном состоит из оксидов кремния, алюминия и железа (последний и придает характерный красный оттенок). Чистый реголит слишком рыхлый, чтобы превратить его в аналог бетона, необходимы связующие и упрочняющие добавки. Привезти на Марс цемент не получится, поэтому вместо него предлагали использовать то, чего у колонистов будет в достатке: например, хитин из панцирей насекомых (их предполагается использовать в пищу) и даже альбумин из мочи и крови людей. Кроме того, условия на Марсе сильно отличаются от земных.

Ученые из Гонконгского университета науки и технологии под руководством Цзишэня Цю (Jishen Qiu) впервые предложили использовать на Марсе живой строительный материал на основе генетически модифицированных дрожжей. Ученые взяли дрожжи Saccharomyces cerevisiae и модифицировали их так, что на поверхности клеток образовались адгезивные (клейкие) белки: в том числе белки из биссусных нитей мидий, которые позволяют этим моллюскам прочно прикрепляться к камням. Затем Цю и его коллеги смешали модифицированные дрожжи с обыкновенным желатином и песком. Желатин выполнял роль полимерной матрицы: он связывает компоненты материала и одновременно создает среду, в которой могут находиться живые клетки. Авторы отметили, что пока что в экспериментах использовали только земной песок с размером частиц 0,1–0,2 миллиметра, а не настоящий марсианский реголит и не его имитацию.

Полученную смесь напечатали методом экструзии, а затем заморозили до температуры -30 градусов Цельсия и высушили при низком давлении, чтобы сымитировать условия поверхности Марса. В таких условиях содержащаяся в дрожжах вода быстро замерзает, а затем сублимирует — переходит из твердого состояния сразу в газообразное. Внутри материала остается множество микроскопических пор, а желатин образует легкий пористый каркас, в котором оказываются заключены дрожжевые клетки. Таким образом, жесткие марсианские условия Цю и его коллеги сумели обратить себе на пользу, сделав частью технологии.

Для проверки концепции напечатали небольшие куполообразные конструкции высотой 45 и диаметром 30 миллиметров — примерно с винную пробку. После обработки в условиях, имитирующих марсианские, материал выдерживал сжимающее напряжение около 12 мегапаскалей, а прочность на изгиб составляла около 6 мегапаскалей, что сопоставимо с бетонами низкой марки.

Расчеты показали, что энергозатраты на обработку самого материала могут быть в десятки раз ниже, чем у технологий, использующих нагревание. Однако оценка  сделана только на уровне изготовления материала: выращивание дрожжей, производство желатина, работу биореакторов и другие необходимые операции в нее не включали. Авторы особо отметили возможность переработки материала. Разрушенные образцы можно измельчать и снова использовать до четырех раз без существенной потери механических свойств. Более того, дрожжи можно отдельно выделить из старого материала, размножить в биореакторе и использовать для изготовления нового.

В то же время Цю и его коллеги отмечают, что пока что их технология не полностью адаптирована к строительству на Марсе. В лучших образцах помимо дрожжей использовался желатин из свиной кожи, который придется везти специально. Кроме того, ученые работали с обыкновенным песком, а не марсианским реголитом. Последний содержит до 1 процента токсичных перхлоратов и других соединений хлора. Смогут ли дрожжи размножаться в таких условиях, еще предстоит выяснить.

Ранее мы рассказывали о планах NASA по использованию ядерной электродвигательной установки для доставки дронов на Марс.