Исследования, направленные на освоение Марса, активно развиваются, и одной из ключевых задач будущей колонизации является строительство жизнеобеспечивающих структур в экстремальных космических условиях. Традиционные методы доставки строительных материалов с Земли являются экономически и технически неподъемными, что подстегивает ученых искать инновационные и устойчивые решения на основе использования ресурсов непосредственно Красной планеты. Команда учёных из Texas A&M University под руководством доктора Конгруи Грейс Цзин сделала значительный шаг вперёд, разработав уникальную технологию автономного строительства с использованием синтетических лишайников. Эта технология обещает революционизировать подход к возведению построек на Марсе, сочетая биоинженерию и 3D-печать с природными процессами. Синтетические лишайники — это искусственно созданное сообщество микроорганизмов, которые взаимодействуют подобно естественным лишайникам, объединяя способности разных видов для выживания и формирования устойчивого биоматериала.
В подходе Texas A&M используются гетеротрофные нитчатые грибы, ответственные за производство биоминералов и соблюдение структурной целостности, а также фотоавтотрофные азотфиксирующие цианобактерии, которые, благодаря фотосинтезу, обеспечивают питательные вещества и кислород. Такое партнерство микробов позволяет создавать прочные материалы непосредственно из марсианского реголита, то есть смеси пыли, песка и камней, которая покрывает поверхность планеты. Главное преимущество этой технологии состоит в полной автономности. В отличие от других методов, требующих постоянного вмешательства человека для подкормки или содержания микроорганизмов, синтетическая экосистема лишайников сама поддерживает баланс, используя ресурсы марсианской среды — воздух, свет и геохимические вещества. Азотфиксирующие цианобактерии поглощают углекислый газ и атмосферный азот, превращая их в важные органические соединения и кислород, необходимый для выживания грибов.
В свою очередь, грибы адсорбируют металлические и минеральные ионы для образования биоминералов и служат в качестве своеобразных каркасных структур. Секретируемые биополимеры способствуют сцеплению и укреплению марсианского реголита, позволяя создавать твердые и долговечные объекты. Исследование Texas A&M финансируется NASA Innovative Advanced Concepts, что подчеркивает степень важности проекта для будущих космических миссий. Технология синтетических лишайников уже показала отличные результаты в лабораторных условиях на Земле, моделирующих марсианские условия, и теперь ученые сосредоточены на создании реголитового «чернила» для 3D-печати. Эта комбинация биологического роста и аддитивных технологий позволит реализовывать сложные архитектурные проекты без необходимости присутствия человека, что существенно снизит затраты и повысит надежность строительства на Марсе.
Принципы работы системы базируются на естественных биологических процессах, но переосмысленных и усовершенствованных при помощи инженерии. Такая биоинженерная среда умеет самостоятельно восстанавливаться и адаптироваться, благодаря взаимосвязи ее микробных составляющих. Эта технология обладает потенциалом преодолеть трудности марсианского климата: сильные радиационные воздействия, экстремальная температура, ограниченный запас ресурсов и практически полное отсутствие атмосферы, пригодной для дыхания. Конкурирующие методы связывания марсианского материала часто предполагают использование химических соединений, таких как магний, сера или геополимеры, либо применение самостоятельного микробного роста отдельных видов бактерий или грибов. Однако все они требуют присутствия и контроля человека из-за необходимости регулярного снабжения питательными веществами и контроля условий.
В отличие от них, разработка Texas A&M полностью устраняет необходимость в людском участии благодаря созданию искусственного симбиотического сообщества микроорганизмов, способного к автономному развитию без внешних стимулов. Марсианские миссии будущего ждут масштабные вызовы, связанные со строительством длительных поселений для исследований и освоения. Новая технология позволяет рассматривать эти задачи с большим оптимизмом, поскольку она обещает повысить скорость и качество возведения объектов при минимальных ресурсных затратах. Возможность «выращивать» дома, лаборатории, мебель и даже инфраструктурные элементы непосредственно на поверхности Марса открывает совершенно новую эру в космической инженерии. Помимо применения в межпланетном строительстве, разработка синтетических лишайников может найти широкое применение на Земле в сфере устойчивого строительства и ремонта в удалённых и суровых регионах планеты, где доставка материалов затруднена.
Такие биоматериалы отличаются экологичностью, биосовместимостью, долговечностью и способностью к самовосстановлению, что делает их перспективными в развитии «зеленой» инженерии. Продолжающаяся работа по интеграции биоматериалов с 3D-печатью откроет возможности для создания сложных архитектурных форм и функциональных систем без необходимости человеческого контроля. Благодаря этому уже сегодня проект Texas A&M служит примером того, как биотехнологии могут изменить подход к освоению космоса и созданию жилой среды вне Земли. Ведущим исследователем проекта является доктор Конгруи Грейс Цзин, чья научная карьера сфокусирована на механической и производственной инженерии. Вместе с командой из Университета Небраски-Линкольн она добилась прорыва в области инженерных живых материалов, глубоко интегрируя биологические и технические науки.
