Генетически модифицированные дрожжи, смешанные с желатином, создают прочный биоматериал, который может помочь в строительстве жилых помещений в суровых марсианских условиях.
Строительство — это трудоемкий процесс, требующий специализированного оборудования, навыков, времени и опыта. Когда исследователи рассматривают вопрос о строительстве на такой планете, как Марс, все эти аспекты становятся еще более сложными. Марсианская среда значительно отличается от земной: температура поверхности колеблется от -150°C до 20°C, а атмосферное давление на всей планете составляет лишь малую долю земного. Хотя на планете есть замерзшая вода и множество камней, которые могут быть использованы в качестве строительных материалов (и которые, как предполагается, можно использовать для изготовления кирпичей), этот процесс требует больших объемов тепла — энергоемкого ресурса, которого на Марсе не так много.
Увидев этот недостаток, Цзишен Цю, инженер-строитель из Гонконгского университета науки и технологий, задумался о том, какие материалы и стратегии могут быть использованы в марсианских условиях. Он предположил, что такой стратегией может быть сублимационная сушка. «Меня вдохновили сублимированные фрукты, которые становятся тверже», — рассказал он. В исследовании, опубликованном в журнале Chem Circularity, Цю и его коллеги построили небольшие куполообразные структуры из песка и гидрогеля, смешанного с дрожжами. Этот биоматериал, после воздействия условий, аналогичных марсианским, оказался почти таким же прочным, как бетон, и более устойчивым к изгибающим нагрузкам, чем этот типичный строительный материал.
Чтобы создать клей, способный скреплять мелкие частицы, исследователи решили добавить дрожжи в желатин, создав таким образом живой материал, который бы укрепил их каркас. Ученые генетически модифицировали пивные дрожжи Saccharomyces cerevisiae для экспрессии различных адгезивных белков и смешали их с желатином для образования гидрогеля. Они добавили этот гибридный клей к песку, имитирующему марсианский реголит, залили его в форму и дали застыть при комнатной температуре в течение 30 минут. С помощью адгезивных белков дрожжей клетки прочно удерживали гель и частицы вместе. Затем они подвергли свою структуру воздействию марсианских условий: -30°C и 0,01 атмосферы давления. Это привело к замерзанию и сублимации воды в гидрогеле, имитируя процесс лиофилизации. Затвердевание в марсианских условиях создало пористый материал, который закрепил соединения между дрожжевыми клетками, желатином и частицами песка.
Цю и коллеги оценили механические свойства своего гибридного биоматериала, который оказался не таким прочным, как бетон, но обладал большей устойчивостью к изгибающим нагрузкам, что позволяет предположить, что он лучше подходит для противостояния сильным ветрам и летающим частицам на поверхности Марса. Действительно, напряжение в материале оставалось ниже его максимальной допустимой нагрузки даже тогда, когда исследователи подвергали конструкции воздействию "марсианского" ветра и гравитации.
Исследователи также оценили различные соотношения дрожжей и желатина в своем клее. Прочность на сжатие конструкций, изготовленных с использованием дрожжей в смеси, была на 170% выше, чем у конструкций, изготовленных только из желатина. Добавление адгезивного белка AGA2 еще больше увеличило эту прочность. Однако они обнаружили, что другие адгезивные системы, такие как белки «ножек» мидий, которые помогают мидиям прикрепляться к камням, обеспечивали лишь ограниченное улучшение общей функциональности.
Авторы работы отметили, что их текущее исследование не полностью оценило энергетические затраты или долгосрочное обслуживание такого материала. Но они оптимистично оценивают потенциальное использование биоматериала в качестве жизнеспособного варианта для строительства на Марсе. «Я задаюсь вопросом: существует ли какой-либо физический закон или фундаментальный механизм, который мешает нам это сделать?» — говорит Цю. «На данный момент я таких не вижу. Мы уверены в возможности масштабирования. Меня бы удивило, если бы материалы для будущих марсианских инженерных разработок не были такими же разнообразными, как те, что используются в земных — и биология, безусловно, внесет свой вклад».
