الباحثون في جامعة كاليفورنيا في إيرفين، نظروا في طرق جديدة يمكن أن تساعد بها الميكروبات البشر في استعمار القمر والمريخ من خلال دراسة العملية الكيميائية الحيوية التي تمتص بها البكتيريا الزرقاء العناصر الغذائية من الصخور في صحراء أتاكاما في تشيلي.
البكتيريا الزرقاء
استخدم الباحثون في قسم علوم وهندسة المواد في UCI وقسم البيولوجيا بجامعة جونز هوبكنز تقنيات المجهر الإلكتروني عالية الدقة وتقنيات التصوير الطيفي المتقدمة للحصول على فهم دقيق لكيفية تعديل الكائنات الحية الدقيقة لكل من المعادن التي تحدث بشكل طبيعي والنانو السيراميك الصناعي.
العامل الرئيسي، وفقًا للعلماء، هو أن البكتيريا الزرقاء تنتج أغشية حيوية تعمل على إذابة جزيئات أكسيد الحديد المغناطيسية داخل صخور الجبس وبالتالي تحويل المغنتيت إلى هيماتيت مؤكسد.
النتائج التي توصل إليها الباحثون
النتائج التي توصل إليها الفريق والتي هي موضوع بحث نُشر مؤخرًا في مجلة Materials Today Bio، يمكن أن توفر مسارًا لطرق التعدين الحيوية الجديدة. قال المؤلفون أيضًا إنهم يرون النتائج كخطوة نحو استخدام الكائنات الحية الدقيقة على نطاق مفيد في الهندسة المدنية في البيئات القاسية، مثل تلك الموجودة على القمر والمريخ.
قال المؤلف المقابل ديفيد كيسيلوس، أستاذ المواد في جامعة UCI “من خلال عملية بيولوجية تطورت على مدى ملايين السنين، تقوم الميكروبات بحفر الصخور واستخراج المعادن الضرورية للوظائف الفسيولوجية، مثل التمثيل الضوئي، التي تمكنهم من البقاء على قيد الحياة”. العلوم والهندسة. “هل يمكن للبشر استخدام نهج كيميائي حيوي مماثل للحصول على المعادن التي نجدها ذات قيمة والتلاعب بها؟ لقد قادنا هذا المشروع إلى هذا المسار”.
تعد صحراء أتاكاما واحدة من أكثر الأماكن جفافاً وأكثرها قسوة على وجه الأرض، لكن Chroococcidiopsis وهي بكتيريا زرقاء موجودة في عينات الجبس التي تم جمعها هناك بواسطة فريق Johns Hopkins، طورت “أكثر التكيفات المدهشة للبقاء على قيد الحياة في موطنها الصخري”، كما قال المؤلف المشارك. جوسلين ديروجير، أستاذة مشاركة في علم الأحياء بجامعة بالتيمور.
وأضافت أن “بعض هذه السمات تشمل إنتاج الكلوروفيل الذي يمتص فوتونات شديدة الاحمرار والقدرة على استخراج الماء والحديد من المعادن المحيطة”.
باستخدام المجاهر الإلكترونية المتقدمة والأدوات الطيفية، وجد الباحثون دليلاً على الميكروبات في الجبس من خلال ملاحظة كيفية تحول المعادن الموجودة بداخله.
طريقة عمل البكتريا الزرقاء
قال ديروجيرو “خلايا البكتيريا الزرقاء عززت انحلال المغنتيت وإذابة الحديد من خلال إنتاج مواد بوليمرية وفيرة خارج الخلية، مما يؤدي إلى انحلال وأكسدة المغنتيت إلى الهيماتيت”. “تم تعزيز إنتاج حامض الحديد (مركبات ربط الحديد التي تولدها البكتيريا والفطريات) في وجود جزيئات أكسيد الحديد الأسود النانوية، مما يشير إلى استخدامها من قبل البكتيريا الزرقاء للحصول على الحديد من أكسيد الحديد الأسود”.
قال كيسيلوس “الطريقة التي تعالج بها الكائنات الدقيقة المعادن في منزلها المهجور جعلته يفكر في ممارسات التعدين والتصنيع الخاصة بنا”. وأضاف “عندما نستخرج المعادن، غالبًا ما ينتهي بنا المطاف باستخدام خامات قد تشكل تحديات لاستخراج المعادن الثمينة”. “نحتاج في كثير من الأحيان إلى وضع هذه الخامات في معالجة قصوى لتحويلها إلى شيء ذي قيمة. يمكن أن تكون هذه الممارسة مكلفة من الناحية المالية والبيئية”.
قال كيسيلوس إنه يفكر الآن في نهج كيميائي حيوي باستخدام نظائرها الطبيعية أو الاصطناعية للحوامل الحديدية والإنزيمات والإفرازات الأخرى لمعالجة المعادن حيث لا تعمل سوى كسارة ميكانيكية كبيرة حاليًا. وأخذ قفزة من هنا ، قال إنه يمكن أيضًا أن تكون هناك طريقة لجعل الكائنات الحية الدقيقة تستخدم قدرات كيميائية حيوية مماثلة لإنتاج مادة هندسية عند الطلب في مواقع غير ملائمة.
قال كيسيلوس “أسميها” تشكيل القمر “بدلاً من الاستصلاح. “إذا كنت ترغب في بناء شيء ما على القمر، فبدلاً من تحمل نفقات جعل الناس يفعلون ذلك، يمكن أن يكون لدينا أنظمة روبوتية ومن ثم إعادة تكوين الميكروبات إلى شيء ذي قيمة. يمكن القيام بذلك دون تعريض حياة الإنسان”.وأضاف أن البشر لا يحتاجون دائمًا إلى استخدام مناهج أديسون لمعرفة كيفية القيام بالأشياء.
قال كيسيلوس “هذا هو الموضوع الرئيسي لمعمل المحاكاة الحيوية والمواد ذات البنية النانوية. لماذا نحاول إعادة اختراع العجلة بينما أتقنتها الطبيعة على مدى مئات الملايين من السنين؟”، “علينا فقط استخراج الأسرار والمخططات لما تفعله الطبيعة وتطبيقها أو تكييفها مع ما نحتاجه” [1]
المصدر: رائج
