Неожиданный помощник: ядовитое вещество с Марса укрепит космические кирпичи

Удивительно, но ядовитое соединение, обнаруженное на Марсе, может помочь бактериям производить кирпичеподобные вещества, пригодные для строительства обитаемых модулей на Красной планете.

Ещё в 2025 году исследователи из Индийского института науки продемонстрировали, как бактерия Sporosarcina pasteurii, широко распространённая в земных почвах, может способствовать созданию кирпичей из реголита Луны и Марса. Бактерия вырабатывает мочевину в качестве продукта жизнедеятельности, которая затем вступает в реакцию с кальцием, образуя кристаллы карбоната кальция. Смешивая эти кристаллы с природным связующим — камедью гуара, получаемой из гуаровых бобов, — можно скрепить частицы местного реголита в прочный кирпичеподобный материал.

Цель такого подхода — максимально использовать ресурсы на месте для возведения сред обитания, чтобы сократить количество тяжелых материалов (например, цемента), которые пришлось бы доставлять на Марс с Земли.

«Идея состоит в том, чтобы максимально использовать ресурсы на месте, — заявил в своем обращении Шубханшу Шукла, астронавт Индийской организации космических исследований (ISRO) и соавтор новой работы по этой теме. — Нам не нужно ничего везти с собой; на месте мы можем использовать местные ресурсы и создавать конструкции, что значительно облегчит навигацию и выполнение долгосрочных миссий».

Поскольку образцы лунного реголита редки и драгоценны, а реальных образцов марсианского грунта у нас нет, в экспериментах используют его имитаторы — искусственный реголит, максимально приближенный по свойствам к настоящему. Однако по соображениям безопасности в марсианских симулянтах отсутствует один ключевой ингредиент: перхлорат. Это токсичное хлорсодержащее соединение было впервые обнаружено в марсианском реголите в 2008 году посадочным аппаратом NASA «Феникс» в концентрации от 0,5% до 1%. В имитаторах проблема не в токсичности перхлората, а в его высокой горючести, поэтому его обычно исключают из состава.

Проводя эксперименты, Шукла и его коллеги под руководством микробиолога Свати Дубей из Университета Флориды должны были осторожно добавить перхлорат в симулянт под названием Mars Global Simulant 1, а затем посмотреть, как это повлияет на способность Sporosarcina pasteurii производить пригодный для кирпичей материал. Их эксперимент привел к двум основным выводам: одному ожидаемому и другому — крайне неожиданному.

Учитывая токсичность перхлората, команда Дубей использовала более устойчивый штамм бактерии, обнаруженный в почвах близ индийского города Бенгалуру (также известного как Бангалор). Как и ожидалось, перхлорат вызвал стресс у клеток бактерии, замедлил её рост и привёл к слипанию множества клеток в комки. Это также усилило выделение белков и молекул, образовав материал, известный как внеклеточный матрикс (ВКМ).

Несмотря на клеточные повреждения бактерий, команда обнаружила, что полученный кирпичный материал оказался прочнее, чем в предыдущих экспериментах, и Дубей считает, что всё дело именно во внеклеточном матриксе.

Изучая с помощью электронной микроскопии взаимодействие бактерии и симулянта, Дубей и её команда обнаружили, что образуется больше кристаллов хлорида кальция, а ВКМ формирует крошечные «микромостики» между бактериальными клетками и кристаллами.

«Когда влияние перхлората изучается изолированно, только на бактерии, это стрессовый фактор, — сказала Дубей в том же заявлении. — Но в кирпичах, при наличии правильных ингредиентов в смеси, перхлорат помогает».

Состав кирпичей, по-видимому, чем-то помогает бактериям — точно известно, что без камеди гуара и катализатора в виде хлорида никеля бактерия не получает никакой пользы. Дубей полагает, что микромостики, формируемые ВКМ, могут служить каналами для поступления питательных веществ к бактериям, помогая восстанавливать их повреждённые клетки и усиливая способность бактерий связывать частицы реголита в кирпичи — процесс, называемый биоциментацией.

Следующим шагом станет проверка гипотезы Дубей. Её команда также планирует экспериментировать с процессом биоциментации в атмосфере, богатой углекислым газом, имитируя марсианские условия.

«Марс — это чужеродная среда, — сказал соавтор исследования Алоке Кумар из Индийского института науки. — Как повлияет эта новая, чужая среда на земные организмы — очень и очень важный научный вопрос, на который мы должны ответить».

Результаты исследования были опубликованы 29 января в журнале PLOS One.