蓝藻从智利阿塔卡马沙漠的岩石中获取养分的生化过程启发了加州大学尔湾分校的工程师们思考微生物可能帮助人类在月球和火星上建立殖民地的新方法。
UCI材料科学与工程系和约翰霍普金斯大学生物系的研究人员使用高分辨率电子显微镜和先进的光谱成像技术来精确了解微生物如何改变天然矿物和合成纳米陶瓷。据科学家称，一个关键因素是蓝藻产生生物膜，溶解石膏岩中的磁性氧化铁颗粒，随后将磁铁矿转化为氧化赤铁矿。
该团队的发现是最近发表在《今日生物材料》杂志上的一篇论文的主题，可以为新的仿生采矿方法提供一条途径。作者还表示，他们认为这些结果是朝着在大规模3D打印或增材制造中使用微生物迈出的一步，其规模可用于恶劣环境中的土木工程，例如月球和火星上的环境。
“通过数百万年进化的生物过程，这些微型矿工挖掘岩石，提取对生理功能至关重要的矿物质，例如光合作用，使它们能够生存，”通讯作者、UCI材料教授DavidKisailus说。科学与工程。“人类能否使用类似的生化方法来获取和操纵我们认为有价值的矿物质?这个项目让我们走上了这条道路。”
阿塔卡马沙漠是地球上最干燥、最荒凉的地方之一，但约翰霍普金斯大学团队在那里收集的石膏样本中发现的蓝藻Chroococccidiopsis已经发展出“最惊人的适应能力以在其岩石栖息地生存，”合著者说JocelyneDiRuggiero，巴尔的摩大学生物学副教授。
“其中一些特性包括产生吸收远红外光子的叶绿素，以及从周围矿物质中提取水和铁的能力，”她补充说。
研究人员使用先进的电子显微镜和光谱仪器，通过观察石膏中所含矿物质的转化方式，发现了石膏中存在微生物的证据。
“蓝藻细胞通过产生丰富的细胞外聚合物促进磁铁矿溶解和铁溶解，导致磁铁矿溶解和氧化成赤铁矿，”DiRuggiero说。“在磁铁矿纳米颗粒存在的情况下，铁载体(由细菌和真菌产生的结合铁的化合物)的产生得到增强，这表明它们被蓝细菌用于从磁铁矿中获取铁。”
Kisailus说，微生物在它们荒凉的家园中处理金属的方式让他想到了我们自己的采矿和制造实践。
他说：“当我们开采矿物时，我们经常会发现矿石，这些矿石可能对提取有价值的金属构成挑战。”“我们经常需要对这些矿石进行极端加工，以将其转化为有价值的东西。这种做法可能会付出金钱和环境代价。”
Kisailus说，他现在正在考虑一种生化方法，使用铁载体、酶和其他分泌物的天然或合成类似物来处理矿物质，而目前只有大型机械破碎机才能工作。从这里迈出步，他说还有一种方法可以让微生物利用类似的生化能力，在不太方便的地方按需生产工程材料。
“我称之为‘月球形成’而不是地球化，”Kisailus说。“如果你想在月球上建造一些东西，我们可以拥有机器人系统3D打印介质，然后让微生物将其重新配置成有价值的东西，而不是让人们去做它的费用。这可以在不危及生命的情况下完成人的生命。”
他补充说，人类并不总是需要使用爱迪生的方法来弄清楚如何做事。
“这是我的仿生学和纳米结构材料实验室的主题。既然大自然已经在数亿年内完善了轮子，为什么还要重新发明轮子呢?”基赛卢斯说。“我们只需要提取大自然的秘密和蓝图，然后应用或调整它们以适应我们的需要。”
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