微生物采礦在地球上已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，人類能否派遣這些小東西去條件艱苦的外太空，完成稀土開采等任務(wù)呢？
歐洲空間局去年為此在國(guó)際空間站上做了個(gè)生物巖石實(shí)驗(yàn)（BioRock）。根據(jù)《自然-通訊》（Nature Communications）11月10日發(fā)表的一篇論文，微重力條件下，部分微生物在反應(yīng)裝置中確實(shí)能讓玄武巖浸出稀土元素，其中，鈰和釹的浸出率達(dá)到了約70%。
“生物巖石”（BioRock）實(shí)驗(yàn)裝置示意
稀土是化學(xué)周期表中鑭系元素和鈧、釔共17種金屬元素的統(tǒng)稱，素有“工業(yè)味精”之美譽(yù)。它們大多具有獨(dú)特的磁性或催化性能，廣泛應(yīng)用于電子信息、石油化工、冶金、機(jī)械、能源等行業(yè)。稀土在導(dǎo)彈、智能武器、導(dǎo)航儀、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等軍事高新技術(shù)上的應(yīng)用尤為引人關(guān)注，中重稀土則被認(rèn)為是一種戰(zhàn)略資源。
除了補(bǔ)充地球資源，外星稀土采礦也具有技術(shù)意義。它涉及到對(duì)太空中微生物與巖石相互作用的深入理解，在人類“宜居外星”的愿景中大有幫助。
在可能的采礦手段中，“生物淋洗法”（ Bioleaching）是一個(gè)有前景的方向。它最早被應(yīng)用于污染土壤修復(fù)，其原理是利用一些微生物的直接作用或其代謝產(chǎn)物的間接作用，例如氧化、還原、絡(luò)合、吸附或溶解，將土壤中重金屬分離浸提出來。
生物淋洗法近年來也發(fā)展出了微生物采礦，即將礦石用菌落混合液沖刷。在微生物釋放的無機(jī)或有機(jī)酸下，礦物發(fā)生溶解，并且與微生物產(chǎn)生相互作用。人們從而能從浸出液中萃取銅、金、稀土等有價(jià)值的元素。目前，美國(guó)約15%的銅和5%的金是利用微生物開采的。
相比起使用化學(xué)試劑，微生物采礦具有成本低、毒害物質(zhì)少的優(yōu)點(diǎn)。但如果搬到太空環(huán)境里，重力可能是個(gè)變量。我們不知道細(xì)菌等原核生物能否直接感知重力，但微重力環(huán)境下熱對(duì)流和沉降條件的改變，確實(shí)關(guān)系到養(yǎng)分和廢物的混合情況，從而影響微生物的生長(zhǎng)和代謝。
生長(zhǎng)在玄武巖上的鞘氨醇單胞菌
歐洲空間局為此檢驗(yàn)了生物淋洗法在微重力、模擬火星重力和地球重力三種重力條件下的潛力。
實(shí)驗(yàn)考察了三種細(xì)菌，分別是鞘氨醇單胞菌、枯草芽孢桿菌和貪銅桿菌。采集對(duì)象則是玄武巖，這是因?yàn)椋虑蚝突鹦潜砻娴拇蟛糠治镔|(zhì)與之類似。
研究團(tuán)隊(duì)測(cè)量了這些細(xì)菌從玄武巖中浸出的14種不同稀土元素的含量。他們發(fā)現(xiàn)，鞘氨醇單胞菌在三種重力條件下都能讓玄武巖浸出稀土元素，浸出率相差不大。玄武巖中含量最豐富的稀土元素的浸出率最高，例如鈰和釹的浸出率約為70%。
另兩種細(xì)菌的浸出率或是在低重力條件下減少，或是在任何實(shí)驗(yàn)條件下都無法浸出稀土元素。
以上結(jié)果表明，雖然微生物的生物采礦能力具有生物體特異性，但在太空和類似火星的重力條件下是可以存在的。
論文表示，這項(xiàng)研究也增進(jìn)了我們對(duì)太空中微生物與礦物相互作用的理解，涉及到許多移居外星所需的技術(shù)。例如，如何用貧瘠巖石制造土壤？如何在外星表土中維持微生物生存？如何利用微生物來生產(chǎn)燃料電池和建筑材料？
金屬小行星16Psyche
關(guān)于太空采礦，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）正在規(guī)劃于2022年奔赴位于火星與木星之間的小行星16Psyche。該小行星的特殊之處在于，天文學(xué)家們?cè)u(píng)估它幾乎全部由金屬組成，包括近272000000億噸的鐵和鎳。
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