Исследования NASA в астробиологии стимулируют «зелёные технологии»
Изучая микробную жизнь, астробиологи NASA пытаются понять, как она превратила каменистую Землю в процветающую планету. Эти исследования фотосинтезирующих водорослей дают импульс для новых «зелёных технологий» на Земле и будущих космических миссий.
«Понимая эти микробные пути рециклинга, мы можем применять эти процессы для решения проблем на Земле и в условиях микрогравитации», — говорит Лесли Бебоут, научный сотрудник Отдела экзобиологии Исследовательского центра NASA им. Эймса.
Цели исследований — определить природу наиболее примитивных организмов и среду их эволюции, а также понять, как микробы и окружающая среда изменились со временем. Это помогает понять преобразования Земли и её атмосферы.
«Многие изучаемые нами организмы — важные производители водорода, метана и липидов, которые можно использовать в качестве углеродно-нейтрального топлива», — отмечает Орландо Сантос, руководитель Отдела экзобиологии.
Изучение микробных сообществ в разных условиях показывает, как они реагируют на изменения окружающей среды.
Несколько лет назад учёные создали группу ALEX (Algae for Exploration), изучающую липиды, производимые разными видами водорослей. Они обнаружили, что нетрадиционные виды водорослей могут производить липиды для дешёвого топлива. Однако для коммерческого производства биотоплива необходимы:
- Автоматизация процессов.
- Снижение трудозатрат.
Для решения этих задач учёные ALEX совместно с инженерами NASA и студентами Университета Санта-Клары разработали прототипы устройства RoboAlgae. Эти датчики, плавающие в системах выращивания водорослей, передают химические и физические данные. В будущем они будут оценивать фотосинтетическую эффективность, чтобы управлять параметрами среды (освещённость, температура и др.). Моделирование этих данных поможет прогнозировать состояние культуры и предотвращать её гибель.
NASA также интересует исследование метана как биомаркера жизни. Учёные ALEX сотрудничали с Sunnyvale Water Pollution Control Plant (SWPCP), применяя методы изучения Марса для оценки цикла метана в очистных прудах. Результаты показали, что организмы в прудах окисляют до 83% растворённого метана, что делает такие пруды низкоэнергетическим способом сокращения парниковых газов.
Для исследований фотосинтеза в космосе (потребление CO2, производство O2, переработка отходов) учёные разработали лабораторные модели на основе водорослей. В сотрудничестве с компанией Heinz Walz GmbH были созданы прототипы флуориметров Space PAM и Space PAM II, измеряющих поток электронов в процессе фотосинтеза.
Эти приборы интегрированы в концепцию спутника GraviSat. Водоросли выращиваются в миниатюрных лунках на вращающемся диске (искусственная гравитация) и на неподвижном диске (микрогравитация). Space PAM позволяет сравнить фотосинтетическую эффективность в этих двух условиях.
Для культивирования микроорганизмов в космосе учёные ALEX и Лаборатория солнечной энергии и биотоплива Техасского университета в Остине разработали SABR (Surface Attached Bio-Reactor), работающий в невесомости. Вдохновлённый моделью листа дерева, он использует испарение вместо насоса. Предварительные данные показывают, что SABR может выращивать клетки водорослей, используя в 20 раз меньше воды, чем обычные системы. Он также пригоден для производства биотоплива, пищи и фармацевтики как в космосе, так и на Земле.
Совместная работа учёных и инженеров над микробными платформами, которые требуют меньше воды и энергии, оптимизируют производство водорослей и рециклинг ресурсов, поддерживает технологическое лидерство.