Ruimtebiomining: op weg naar menselijke nederzettingen buiten de aarde

De resultaten van het BioRock-experiment wijzen erop dat mijnbouw met behulp van bacteriën in de ruimte mogelijk is . Na het succes van de BioRock-studie is het BioAsteroid-experiment momenteel gaande. In deze studie worden bacteriën en schimmels gekweekt op asteroïdemateriaal in een incubator onder microzwaartekrachtomstandigheden in het ruimtestation . Het doel is om biofilmvorming, bio-uitloging en andere chemische en biologische veranderingen, waaronder veranderingen in de genetische transcriptie, te bestuderen. Biomijnbouw in de ruimte is een belangrijke ontdekking met een veelbelovende toekomst.

Menselijke nederzettingen buiten de aarde , op de maan of op planeten zoals Mars in de ruimte , zijn al lange tijd een thema in de sciencefiction. De afgelopen twee decennia is er echter serieus nagedacht over en onderzoek gedaan naar dit onderwerp. Een van de belangrijkste vragen voor de wetenschappelijke gemeenschap is hoe de benodigde materialen (zoals zuurstof, water, bouwmaterialen, waaronder metalen en mineralen, enz.) verkregen kunnen worden om een ​​zelfvoorzienende aanwezigheid in de ruimte te vestigen ⁽¹⁾.

Biomining, oftewel het winnen van metalen uit ertsen door middel van biokatalyse met behulp van micro-organismen zoals bacteriën en archaea, wordt al lange tijd toegepast op aarde . Momenteel wordt deze methode gebruikt om kopersulfiden uit te logen en goudertsen voor te behandelen, en ook om metalen uit geoxideerde ertsen te winnen en metalen uit afvalstoffen terug te winnen ⁽²⁾.

Kan de techniek van biomijnbouw effectief worden gebruikt onder microzwaartekrachtomstandigheden in de ruimte om materialen te winnen die nodig zijn voor menselijke nederzettingen? Kunnen micro-organismen helpen bij de winning van metalen en materialen uit asteroïdemateriaal of gesteente op de maan of Mars ? Kennis van de interacties tussen microben en mineralen in de ruimte wordt ook als belangrijk beschouwd vanwege het potentieel ervan voor bodemvorming, de vorming van biokorsten in afgesloten ruimtes onder druk , het gebruik van regoliet (een laag vast materiaal boven het gesteente) en de productie van bouwmaterialen. Experimenten met biomijnbouw in de ruimte zijn precies om deze redenen ontworpen, om de effecten van veranderde zwaartekracht te begrijpen.

Met dit doel voor ogen voerde de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) in 2019 het BioRock-experiment uit op het Internationale Ruimtestation (ISS). De experimenten waren ontworpen om de bio-uitloging van zeldzame aardmetalen uit basaltgesteente te bestuderen onder drie zwaartekrachtomstandigheden: microzwaartekracht, gesimuleerde Mars- zwaartekracht en gesimuleerde aardse zwaartekracht. Drie bacteriesoorten, Sphingomonas desiccabilis , Bacillus subtilis en Cupriavidus metallidurans, werden in het onderzoek gebruikt. De geteste hypothese was of " verschillende zwaartekrachtregimes de uiteindelijke celconcentraties na een periode van meerdere weken in de ruimte kunnen beïnvloeden ". De resultaten suggereerden geen significant effect van verschillende zwaartekrachtomstandigheden op het uiteindelijke aantal bacteriële cellen, wat impliceert dat de effectiviteit van het bleekproces onder verschillende zwaartekrachtomstandigheden hetzelfde blijft. Deze bevindingen van het BioRock-experiment geven aan dat door bacteriën ondersteunde mijnbouw in de ruimte kan worden uitgevoerd. Biomijnbouw in de ruimte is een belangrijke ontdekking die een groot potentieel lijkt te hebben voor de toekomst ^(3,4).

Na het succes van de BioRock-studie is het BioAsteroid-experiment momenteel gaande. In deze studie worden bacteriën en schimmels gekweekt op asteroïdemateriaal in een incubator onder microzwaartekrachtomstandigheden in het ruimtestation om de vorming van biofilms, bioleaching en andere chemische en biologische veranderingen te bestuderen, waaronder veranderingen in de genetische transcriptie ⁽⁵⁾.

Met deze tussenstappen zet de mensheid ongetwijfeld stap voor stap vooruitgang richting menselijke nederzettingen buiten de planeet Aarde.

***

Referenties:

1. NASA 2007. Lunar Regolith Biomining Workshop Report. Online verkrijgbaar bij https://core.ac.uk/download/pdf/10547528.pdf  

2. Johnson DB., 2014. Biomining — biotechnologieën voor de winning en terugwinning van metalen uit ertsen en afvalstoffen. Huidige mening in de biotechnologie. Jaargang 30, december 2014, pagina's 24-31. DOI: https://doi.org/10.1016/j.copbio.2014.04.008  

3. Cockell, CS, Santomartino, R., Finster, K. et al., 2020. Biomining-experiment in een ruimtestation demonstreert de extractie van zeldzame aardelementen in microzwaartekracht en de zwaartekracht van Mars. Gepubliceerd: 10 november 2020. Natuurcommunicatie 11, 5523 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-19276-w 

4. Santomartino R., Waajen A., et al 2020. Geen effect van microzwaartekracht en gesimuleerde Mars-zwaartekracht op uiteindelijke bacteriële celconcentraties op het internationale ruimtestation: toepassingen voor bioproductie in de ruimte. Grenzen in de microbiologie., 14 oktober 2020. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.579156  

5. UK Space Agency 2020. Persbericht - Biomining-onderzoek zou toekomstige nederzettingen op andere werelden kunnen ontsluiten. Gepubliceerd op 5 december 2020. Online beschikbaar op https://www.gov.uk/government/news/biomining-study-could-unlock-future-settlements-on-other-worlds 

***