国際宇宙ステーション（ISS）での最近の実験では、一部の微生物が微小重力環境下でも岩石から貴重な希土類元素を採取できることが示されました。この予想外の発見は、微生物が宇宙での生活と活動の能力をいかに向上させるかを示しています。
地球上では、一部の微生物が岩石から希土類元素（REE）を抽出する効率的な採掘者としてその価値を示してきました。本日Nature Communications誌に掲載された新たな実験的証拠によると、岩石からのREEの浸出に関して、少なくとも1種の細菌株は微小重力および低重力環境の影響をほとんど受けないことが示されています。これは将来の宇宙探査者にとって朗報となる可能性があります。バイオマイニング微生物は、宇宙、月、あるいは火星でREEを採取する手段となる可能性があるからです。
REE（希土類元素）は、市販の電子部品（スマートフォンなどに使われているものなど）の製造や合金の生産に極めて重要です。REEの問題は、そのややこしい名前（ランタン、セリウム、ネオジム、イットリウム、プラセオジムなど）はさておき、希少性というよりも採掘・抽出が非常に難しいことで知られており、非常に厄介な存在となっています。採掘・精製コストの上昇に加え、これらの元素の採取は生態系にも環境にも優しくなく、飽くことのない入手への探求はしばしば内戦を引き起こします。そのため、REEはしばしば「紛争鉱物」と呼ばれます。苛立たしいことに、独特の磁性と触媒特性を持つこれらの元素には、実用的な代替品がありません。
このため、バイオマイニングと呼ばれる技術で微生物が活用されているのです。
「微生物は結合する元素の種類を限定することができ、従来は岩石から元素を浸出させるために使われてきたシアン化物などの環境破壊をもたらす化学物質を大量に使用せずに済むようになります」と、今回の研究の筆頭著者であり、エディンバラ大学の宇宙生物学者であるチャールズ・コッケル氏はメールで説明した。「最近では、微生物をより優れた鉱夫にするように遺伝子操作することさえ可能です。」
これらの微生物は、REE（希土類元素）と結合する糖を生成することでその魔法を発揮します。これにより元素が濃縮され、抽出が容易になります。
地球外でのバイオマイニングが可能かどうかを判断するため、国際宇宙ステーション（ISS）に実験装置が設置されました。ISSは、微生物を微小重力および低重力環境にさらすことができるユニークな実験室です。研究によると、重力の変化が微生物の活動能力に影響を与える可能性は十分に考えられます。なぜなら、そのような環境は「微生物の増殖と代謝プロセスに影響を与えることが知られている」からです。
「低重力は微生物の沈降を抑制し、微生物への栄養分や老廃物の混合と流入を減少させることが知られています」とコッケル氏は述べた。「したがって、これが微生物の成長や岩石との相互作用、ひいては岩石のバイオマイニング能力に間接的な影響を与える可能性があると考えられます。」
実験では、スフィンゴモナス・デシカビリス、バチルス・サブチリス、そしてクプリアビダス・メタリデュランスの3種類の細菌が使用されました。これらの試験は、欧州宇宙機関（ESA）が2019年にISSで実施したバイオロック実験の一環として委託されたものです。このプロジェクトの目的は、微生物が玄武岩（月や火星に存在する物質の優れた類似物）から様々な希土類元素を浸出できるかどうかを検証することでした。
著者らは、微小重力、火星の重力、地球の重力という3つの異なる条件に微生物をさらした場合の抽出効率を測定した。この測定のために、ISSの宇宙飛行士はKUBIKと呼ばれる小型バイオマイニングリアクターに微生物を配置した。
「これは温度を制御するインキュベーターですが、回転するリング、つまり遠心分離機も内蔵しています」とコッケル氏は説明する。「バイオマイニングリアクターをこのリングの中に設置し、火星と地球の重力をシミュレートするのにぴったりの速度で回転させます。地球の重力は比較のための『対照』実験です。」
3種の細菌種のうち、S. desiccabilisのみが、あらゆる条件下で玄武岩からREEを浸出する能力を示しました。この細菌は3つの重力環境のいずれにも影響を受けず、REEであるセリウムとネオジムの抽出効率は70%でした。他の2種の細菌は、いずれの実験条件においても、非常に低い抽出効率を示すか、全く抽出能力を示しませんでした。
S. desiccabilisが他の微生物とは対照的に非常に優れた生育を示した理由について、コッケル氏は、この細菌が「希土類元素と結合する結合部位を多数持つ長鎖糖を大量に生成する」ためだと研究チームは考えていると述べた。他の微生物はそうしなかったとコッケル氏は述べ、さらにこう付け加えた。「微小重力下での栄養不足というストレス環境によって、他の微生物がバイオマイニングを行うよう刺激されるのではないかと考えていました。それが私たちが微生物を送り込んだ理由です。しかし、微小重力によって微生物の能力が変化したり、バイオマイニングが可能になったりすることはありませんでした。」
新たな研究によると、特定の微生物（他にも存在する可能性があり、そうでなければ科学者が遺伝子組み換え型を作り出すことも可能だろう）が宇宙で希土類元素（REE）抽出器として機能する可能性が高いことが示唆されている。言うまでもなく、これらの微生物は自然環境にさらされると死滅するため、この想像上の精製プロセスには高度な技術が必要となる。コッケル氏は、月面居住地付近、火星、さらには小惑星上に、ガスと液体を充填したバイオリアクターを設置することを構想している。有望な岩石を必要な微生物と共にリアクターに入れ、チャンバーを密閉・加圧すれば、バイオマイニングプロセスが開始される。
コッケル氏は、彼のチームは宇宙で採掘を行い、その資源を地球に持ち帰ることを提案しているわけではないことを指摘することが重要だと述べた。
「現時点では、経済的に実現可能ではありません」と彼は述べた。「しかし、バイオマイニングやその他の採掘方法を用いることで、人類の宇宙長期滞在に必要な資源を調達することは可能です。私たちの実験は、人類の宇宙進出を促進する上で微生物が果たす潜在的に重要な役割を探求し、実証しました。」
https://gizmodo.com/thick-clumps-of-bacteria-can-survive-for-years-in-the-v-1844842842
著者らは今後、「バイオアステロイド」と呼ばれる刺激的な実験に着目する。この実験は12月に国際宇宙ステーション（ISS）に向けて打ち上げられる予定だ。この実験では、小惑星の岩石の代替として隕石物質と、岩石を採掘する性質を持つ菌類を使用する。また、バイオアステロイドでは微小重力環境への曝露も行い、菌類を用いた小惑星のバイオマイニングの実現可能性を評価する。
