Перспектива освоения Марса и строительства там постоянных поселений становится всё более реальной. Однако, доставка строительных материалов с Земли — крайне дорогостоящая и сложная задача. Решением может стать использование местных ресурсов, а именно, марсианского грунта. В новой работе учёные предложили использовать совместное культивирование двух видов бактерий для создания прочного «марсианского бетона».
В основе идеи лежит процесс биоминерализации — способности микроорганизмов образовывать минералы в процессе своей жизнедеятельности. Этот процесс широко распространён на Земле и играет важную роль в формировании горных пород и других геологических структур. Авторы работы предположили, что биоминерализацию можно использовать для укрепления марсианского реголита и создания строительных материалов.
Ключевыми участниками этого процесса являются два вида бактерий: Sporosarcina pasteurii и Chroococcidiopsis. Первая известна способностью производить карбонат кальция (CaCO3) посредством уреализа — процесса разложения мочевины с образованием аммиака и углекислого газа, который, в свою очередь, реагирует с ионами кальция, образуя минерал. Вторая — цианобактерия, устойчивая к экстремальным условиям, в том числе к условиям, имитирующим марсианские.
Взаимодействие между этими двумя видами бактерий создает благоприятную среду для образования «марсианского бетона». Chroococcidiopsis выделяет кислород, создавая микросреду, пригодную для Sporosarcina pasteurii. Кроме того, внеклеточные полимерные вещества, выделяемые Chroococcidiopsis, защищают Sporosarcina pasteurii от вредного ультрафиолетового излучения на поверхности Марса. В свою очередь, Sporosarcina pasteurii выделяет природные полимеры, которые способствуют росту минералов и укрепляют реголит, превращая рыхлую почву в твёрдый материал.
Учёные видят будущее строительство на Марсе с использованием 3D-печати, где смесь марсианского реголита и бактериальной культуры будет служить сырьём. Помимо строительных целей, Chroococcidiopsis может быть использована для производства кислорода, необходимого для жизнеобеспечения астронавтов. Аммиак, образующийся в результате метаболизма Sporosarcina pasteurii, может быть использован в замкнутых сельскохозяйственных системах и, возможно, даже для терраформирования Марса в долгосрочной перспективе.
Несмотря на то, что первые пилотируемые миссии на Марс запланированы на следующее десятилетие, а строительство первого жилища для колонизаторов ожидается в 2040-х годах, ещё предстоит решить ряд задач. Важно понять, как эти микробные сообщества взаимодействуют с марсианским реголитом и выживают в суровых условиях планеты. Для этого в перспективах работы описаны эксперименты с использованием имитаторов марсианского реголита и разработка моделей, прогнозирующих эффективность биоцементации. Кроме того, необходимо разработать робототехнические системы для 3D-печати в условиях марсианской гравитации, которая составляет примерно 38% от земной.