많은 소행성에는 백금족 원소를 포함하여 현대 기술이 의존하는 금속이 풍부합니다. 하지만 우주에서 이러한 자원을 추출하는 것은 여전히 큰 과제로 남아 있습니다.
한 연구팀이 최근 특이한 해결책인 미생물을 테스트했습니다. 국제 우주 정거장에서 수행된 실험에서는 박테리아와 곰팡이가 미세 중력 하에서 금속을 방출할 수 있는지 알아보기 위해 운석 조각에 노출되었습니다.
npj Microgravity에 게재된 연구 결과 , 미생물이 궤도에서도 계속해서 금속을 추출할 수 있음을 보여줍니다.
임무가 우주로 더 멀리 이동함에 따라 지구에서 물품을 운반하는 것은 빠르게 비실용적이 됩니다. 이 때문에 과학자들은 지구 너머에 있는 유인 전초 기지가 근처에서 이미 발견된 물질을 어떻게 사용할 수 있는지 연구하고 있습니다. 소행성과 기타 암석체에는 우주 기반 시설과 향후 탐사를 지원할 수 있는 엄청난 양의 금속이 포함되어 있습니다.
드릴 대신 미생물을 사용하는 획기적인 아이디어가 있습니다. 생물채광이라고 알려진 과정을 통해 미생물은 광물을 점차적으로 용해시키는 유기산을 생성함으로써 화학적으로 암석에서 금속을 침출할 수 있습니다.
두 가지 중력 조건에서 L-콘드라이트 조각의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지. 출처:Santomartino 외. 이것은 새로운 트릭이 아닙니다. 지구상에서는 이미 금속 추출을 돕기 위해 채굴에 박테리아와 곰팡이가 사용되고 있습니다.
연구자들은 동일한 과정이 우주에서도 작동할 수 있는지 알고 싶었습니다. 이를 테스트하기 위해 코넬 대학교와 에든버러 대학교의 과학자들은 2020년에 BioAsteroid라는 실험을 국제 우주 정거장에 보냈습니다.
연구팀은 L-콘드라이트 운석 조각을 두 개의 미생물, 즉 스핑고모나스 데시카빌리스(Sphingomonas desiccabilis) 박테리아와 함께 소형 원자로 내부에 배치했습니다. 곰팡이 Penicillium simplicissimum . 우주 비행사가 실험을 모니터링하는 동안 궤도에서 19일 동안 유기체가 바위 위에서 자랐습니다.
이번 연구의 주 저자이자 코넬 대학의 생물학 엔지니어인 로사 산토마티노(Rosa Santomartino)는 “이것은 아마도 국제 우주 정거장에서 운석을 이용한 최초의 실험일 것입니다.”라고 말했습니다.
연구원들은 또한 일반 중력 하에서 결과를 비교할 수 있도록 지구에서도 동일한 실험을 실행했습니다.
미세한 우주 광부
샘플이 지구로 돌아왔을 때 연구원들은 암석에서 용해된 수십 개의 원소를 분석했습니다.
조사된 44개 원소 중 미생물은 운석 물질에서 18개 원소를 추출하는 데 도움을 주었습니다. 특히 곰팡이는 우주에서 놀라운 활동을 보였습니다. 미세중력 상태에서는 신진대사가 바뀌어 미네랄을 용해시키는 데 도움이 되는 카르복실산을 비롯한 더 많은 양의 분자를 생성했습니다.
이러한 변화는 팔라듐, 백금 및 기타 기술적으로 중요한 금속의 출시에 영향을 미쳤습니다.
그러나 가장 놀라운 발견은 일관성이었습니다.
"이런 경우 미생물이 추출 자체를 개선하지는 않지만 중력 조건에 관계없이 추출을 일정한 수준으로 유지하는 것입니다."라고 Santomartino는 말했습니다.
실험에서 미생물을 사용하지 않는 화학적 추출은 지구에서보다 미세중력에서 더 잘 작동하지 않는 경우가 많았습니다. 대조적으로 미생물 공정은 상대적으로 안정적인 상태를 유지했습니다.
또한 곰팡이는 운석 표면과 직접 상호작용하여 필라멘트를 성장시키고 암석에 미세한 군집을 형성하는 것으로 나타났습니다. 과학자들은 우주와 지구에서 비슷한 행동을 관찰했는데, 이는 미생물이 궤도 조건에 쉽게 적응할 수 있음을 시사합니다.
실제로는 어떻게 작동하나요?
미생물은 결코 에어록 밖으로 쫓겨나지 않았습니다. 이 실험에서는 깨지기 쉬운 세포가 얼어붙은 공간에서 살아남을 수 있는지 여부가 아니라 무중력이 원소의 생물학적 추출에 어떤 영향을 미치는지 테스트했습니다. 그들은 할 수 없습니다.
그들은 멸균되고 분쇄된 운석 조각과 함께 "실험 장치"라고 불리는 특수 하드웨어로 포장되었습니다. 생물학 작업자들이 질식하는 것을 방지하기 위해 챔버에는 가스 확산을 허용하는 반투과성 실리콘 고무 막이 장착되어 있습니다. 또한 곰팡이가 공복에 금속을 채굴할 것이라고 기대할 수도 없습니다. 연구진은 미생물의 성장을 촉진하고 운석에서 영양분을 추출하기 위해 액체 영양배지를 주입했습니다.
마지막으로, 장치는 매우 편안한 섭씨 20도로 설정된 우주 정거장 인큐베이터에 장착되었습니다. 이 장치 내부에는 미생물이 소형 배양실에 서식했습니다.
우리가 결국 소행성을 채굴하게 되면 인간과 로봇은 보호되지 않은 미생물을 표면에 남기지 않을 것입니다. 대신 기계가 소행성 암석을 수확하여 거대하고 가압된 생물학적 정제소로 가져갈 것입니다. 연구원들은 1000입방미터 탱크와 같은 대규모 봉쇄를 활용하여 완전히 규모가 확대된 생물학적 침출 공정을 구상하고 있습니다.
기후가 조절되는 이러한 통 안에서는 Penicillium simplicissimum 곰팡이와 같은 조작된 미생물이 작동하게 됩니다.
반짝이는 금속을 추출하는 것 외에도 이 공정은 우주 비행사에게 또 다른 중요한 문제를 해결합니다. 표토와 미생물의 상호작용은 토양 형성과 생명 유지 시스템을 위한 영양분의 방출을 촉진할 수 있습니다. 암석을 분해함으로써 미생물은 칼륨, 인, 철과 같은 원소를 방출하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 광산 통에서 남은 암석 슬러리는 문자 그대로 미래의 우주 식민지에 영양분을 공급하는 비옥한 토양이 될 수 있습니다.
미생물 생물막, Sphingomonas desiccabilis , 2022년 생물채광 실험의 일환으로 현무암 암석 위에서 자랍니다. 출처:NASA 새로운 연구는 박테리아가 우주의 현무암에서 희토류 원소를 추출할 수 있다는 것을 보여주는 이전 실험을 기반으로 합니다. 이 연구는 미생물이 언젠가는 자급자족할 수 있는 공간 서식지를 구축하기 위한 도구가 될 수 있음을 시사합니다.
"우리는 분석을 단일 요소로 분할하고 지구와 비교하여 우주에서 추출이 다르게 작동하는지 묻기 시작했습니다." 이번 연구의 공동 저자인 연구원 Alessandro Stirpe는 말했습니다. "큰 차이는 보이지 않지만 몇 가지 매우 흥미로운 차이점이 있습니다."
많은 질문이 남아 있습니다. 미생물은 종, 환경, 암석 구성에 따라 다르게 행동합니다.
"박테리아와 곰팡이는 모두 서로 매우 다양하고 공간 조건이 너무 복잡해서 현재로서는 단 하나의 답을 줄 수 없습니다."라고 Santomartino는 말했습니다. "너무 시적으로 표현하려는 의도는 아니지만 제게는 이것이 약간의 아름다움입니다. 매우 복잡합니다. 그리고 저는 그것을 좋아합니다."
