التعدين الأحيائي في الفضاء: التقدم نحو المستوطنات البشرية خارج الأرض

تشير نتائج تجربة BioRock إلى إمكانية إجراء التعدين المدعوم بالبكتيريا في الفضاء . وعقب نجاح دراسة BioRock، تجري حاليًا تجربة BioAsteroid. في هذه الدراسة، تُزرع البكتيريا والفطريات على مواد كويكبية في حاضنة تحت ظروف انعدام الجاذبية في محطة الفضاء الدولية ، وذلك لدراسة تكوين الأغشية الحيوية، والتعدين الحيوي، والتغيرات الكيميائية والبيولوجية الأخرى، بما في ذلك التغيرات الجينية. يُعد التعدين الحيوي في الفضاء اكتشافًا هامًا يحمل في طياته إمكانات هائلة للمستقبل.

لطالما شكلت المستوطنات البشرية خارج كوكب الأرض، على سطح القمر أو كواكب مثل المريخ ، موضوعًا رئيسيًا في الخيال العلمي. ومع ذلك، فقد شهدت العقود الماضية تطورات بحثية جادة في هذا المجال. ومن أهم الأسئلة التي تواجه المجتمع العلمي كيفية الحصول على المواد اللازمة (مثل الأكسجين والماء ومواد البناء، بما في ذلك المعادن وغيرها) لإقامة وجود مستدام في الفضاء ⁽¹⁾.

يُعدّ التعدين الحيوي، أي استخلاص المعادن من الخامات عبر التحفيز الحيوي باستخدام الكائنات الدقيقة كالبكتيريا والعتائق، ممارسةً شائعةً منذ زمن طويل على كوكب الأرض . ويُستخدم هذا الأسلوب حاليًا لاستخلاص كبريتيدات النحاس ومعالجة خامات الذهب، وكذلك لاستخلاص المعادن من الخامات المؤكسدة واستعادة المعادن من النفايات ⁽²⁾.

هل يمكن استخدام تقنية التعدين الحيوي بفعالية في ظروف انعدام الجاذبية في الفضاء الخارجي لاستخراج المواد اللازمة للمستوطنات البشرية ؟ هل يمكن للكائنات الدقيقة أن تساعد في استخراج المعادن والمواد باستخدام مواد الكويكبات أو الصخور المتوفرة على سطح القمر أو المريخ ؟ تُعتبر معرفة تفاعلات الميكروبات مع المعادن في الفضاء مهمة أيضًا نظرًا لإمكاناتها في تكوين التربة، وتكوين القشور الحيوية في الأماكن المغلقة المضغوطة ، واستخدام التربة السطحية (طبقة من المواد الصلبة فوق الصخور الأساسية)، وإنتاج مواد البناء. صُممت تجارب التعدين الحيوي الفضائي خصيصًا لهذه الأسباب لفهم تأثيرات تغير الجاذبية.

لهذا الغرض، أجرت وكالة الفضاء الأوروبية تجربة BioRock على متن محطة الفضاء الدولية (ISS) عام 2019. صُممت التجارب لدراسة الاستخلاص الحيوي للعناصر الأرضية النادرة من الصخور البازلتية في ثلاث ظروف جاذبية: انعدام الجاذبية، ومحاكاة جاذبية المريخ ، ومحاكاة جاذبية الأرض . استُخدمت في الدراسة ثلاثة أنواع من البكتيريا: Sphingomonas desiccabilis و Bacillus subtilis و Cupriavidus metallidurans . افترضت الدراسة ما إذا كانت " أنظمة الجاذبية المختلفة تؤثر على تركيزات الخلايا النهائية التي يتم الوصول إليها بعد عدة أسابيع في الفضاء ". أشارت النتائج إلى عدم وجود تأثير يُذكر لظروف الجاذبية المختلفة على عدد الخلايا البكتيرية النهائي، مما يعني أن فعالية عملية الاستخلاص تظل ثابتة في ظل ظروف الجاذبية المختلفة. تُشير نتائج تجربة BioRock إلى إمكانية إجراء التعدين المدعوم بالبكتيريا في الفضاء. يُعد التعدين الحيوي الفضائي اكتشافًا هامًا يبدو أنه يحمل إمكانات كبيرة للمستقبل ^{(3، 4)}.

بعد نجاح دراسة BioRock، تجري حاليًا تجربة BioAsteroid. في هذه الدراسة، تُزرع البكتيريا والفطريات على مواد كويكبية في حاضنة تحت ظروف انعدام الجاذبية في محطة الفضاء الدولية، وذلك لدراسة تكوين الأغشية الحيوية، والتحلل الحيوي، والتغيرات الكيميائية والبيولوجية الأخرى، بما في ذلك التغيرات الجينية ⁽⁵⁾.

بهذه الخطوات، تتقدم البشرية بالتأكيد نحو المستوطنات البشرية خارج كوكب الأرض.

***

المراجع:

1. ناسا 2007. تقرير ورشة عمل Lunar Regolith Biomining. متاح على الإنترنت على https://core.ac.uk/download/pdf/10547528.pdf  

2. Johnson DB.، 2014. Biomining - التقنيات الحيوية لاستخراج واستعادة المعادن من الخامات ومواد النفايات. الرأي الحالي في التكنولوجيا الحيوية. المجلد 30 ، ديسمبر 2014 ، الصفحات 24-31. DOI: https://doi.org/10.1016/j.copbio.2014.04.008  

3. Cockell، CS، Santomartino، R.، Finster، K. et al.، 2020. توضح تجربة التعدين الحيوي لمحطة الفضاء استخراج عنصر أرضي نادر في الجاذبية الصغرى وجاذبية المريخ. تاريخ النشر: 10 نوفمبر 2020. Nature Communication 11، 5523 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-19276-w 

4. Santomartino R. ، Waajen A. ، et al 2020. لا يوجد تأثير للجاذبية الصغرى وجاذبية المريخ المحاكاة على التراكيز النهائية للخلايا البكتيرية في محطة الفضاء الدولية: تطبيقات على الإنتاج البيولوجي في الفضاء. الحدود في علم الأحياء الدقيقة ، 14 أكتوبر 2020. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.579156  

5. وكالة الفضاء البريطانية 2020. بيان صحفي - دراسة التعدين الحيوي يمكن أن تفتح مستوطنات مستقبلية في عوالم أخرى. نُشر في 5 ديسمبر 2020. متاح على الإنترنت على https://www.gov.uk/government/news/biomining-study-could-unlock-future-settlements-on-other-worlds 

***