Для долговременного присутствия человека на Марсе потребуется возводить постройки на месте. Доставка материалов с Земли для создания даже простого герметичного жилища обходится слишком дорого, поэтому придётся задействовать ресурсы марсианской поверхности. Исследовательская группа под руководством Нин Лю из Гонконгского университета науки и технологий опубликовала работу в журнале Chem Circularity, где предлагает применять биологию для производства конструкционных материалов, которые обычно делают из бетона. Если метод получит распространение, на Марсе может обнаружиться ещё одна земная форма жизни — дрожжи, сообщает Universe Today.
Традиционный подход к строительству марсианской инфраструктуры основан на спекании: рыхлый марсианский реголит обрабатывают лазерами, микроволнами или солнечным светом, нагревая примерно до 1000 °C. Такой материал обладает достаточной механической прочностью, но требует огромных затрат энергии. По приблизительным оценкам, для спекания одного кубометра реголита нужна многодневная выработка целой солнечной панели.
Идея новой работы проста: вместо мощных лазеров использовать дрожжи для создания «инженерного живого строительного материала» (Engineered Living Building Material, ELBM). Авторы описывают его как биокомпозитный аналог бетона на основе местного песка, желатина и генетически модифицированных хлебопекарных дрожжей. Важнейшая особенность материала в том, что он не испаряется в разрежённой марсианской атмосфере, а затвердевает благодаря ей.
В обычном земном бетоне портландцемент связывает камни и песок с помощью воды. На Марсе такой способ неприменим: вода на поверхности мгновенно замерзает, а затем сублимируется, разрушая бетон. Именно поэтому спекание и другие процессы без участия воды считаются необходимыми альтернативами. В ELBM рецептура имеет биологическую основу: модифицированные дрожжевые клетки превращаются в подобие структурного клея. Ключевыми были три генетические модификации. Первая заставляла дрожжи производить белки ножки мидии — эти белки, которыми мидии крепятся к камням при океанских приливах, работают как химические якоря и позволяют дрожжам прилипать прямо к зёрнам заполнителя. Вторая, известная как система SpyTag/SpyCatcher, давала разным штаммам дрожжей ген для создания пары молекул «замок и ключ», что обеспечивало почти неразрушимые ковалентные изопептидные связи.
Третья модификация действовала подобно природным антифризным белкам. Во время цикла замерзания, который происходит при контакте с марсианским вакуумом, она не даёт воде в системе образовывать кристаллы льда, разрушающие структуру материала, и вместо этого создаёт по всему объёму равномерную систему пор размером 5 микрометров. У этого есть очевидный недостаток, о котором речь пойдёт ниже, но он позволяет материалу затвердевать в процессе сублимационной сушки, а не разрушаться. При этом ELBM создаётся не в холодном вакууме: сначала смесь готовят при приемлемой температуре и давлении (37 °C), а затем под воздействием марсианской атмосферы вода уходит из структуры, оставляя биополимерный каркас, удерживающий песчинки.
В статье авторы описывают испытания прототипов. Прочность нового материала на сжатие составила около 12 МПа — несколько меньше, чем у традиционного бетона, но ненамного. Зато прочность на изгиб достигла 6 МПа, что значительно выше, чем у обычного бетона, и критически важно для противостояния марсианским пылевым бурям. Дрожжи оказались ключевым компонентом: контрольный образец без них просто отслаивался от песчинок. У этой технологии есть серьёзные преимущества перед спеканием — прежде всего почти на два порядка меньший расход энергии, что крайне важно для ранней инфраструктуры на Красной планете. Кроме того, материал хорошо перерабатывается: исследователи до четырёх раз нагревали образцы примерно до 45 °C, чтобы снова расплавить желатин и переформовать их, и они не теряли структурной целостности, а дрожжевые клетки, похоже, выдерживали марсианский цикл сублимационной сушки.
Однако у метода есть и слабые места. Сублимационная сушка — не единственная угроза на Марсе. Неясно, смогут ли дрожжи выжить в марсианском грунте, тем более что в нём много перхлоратов и других химических веществ, крайне токсичных для биологической жизни. Также неизвестно, насколько хорошо материал выдержит постоянное ультрафиолетовое излучение. Полученный конструкционный материал пористый, поэтому сам по себе он не удерживает воздух и может служить лишь несущим элементом и защитой от метеоритов, а для герметичности жилища потребуется внутренняя мембрана. Самое важное: один из ключевых компонентов всё равно придётся доставлять с Земли. Дрожжи в теории могут размножаться на Марсе неограниченно, но желатин на данный момент приходится производить на Земле и везти оттуда. Авторы провели эксперимент только с дрожжами, без желатинового связующего, и прочность оказалась заметно ниже, чем у гибридного варианта.