Pilz gewinnt Palladium aus Meteoriten auf der Internationalen Raumstation

Ein weit verbreiteter Pilz hat im All eine aussergewöhnliche Leistung vollbracht. Während er an Bord der Internationalen Raumstation wuchs, löste er ein seltenes und wertvolles Metall – Palladium – aus zerkleinertem Meteoritenmaterial.

Der Versuch deutet darauf hin, dass lebende Mikroorganismen Astronautinnen und Astronauten eines Tages dabei unterstützen könnten, wichtige Metalle im Weltraum zu gewinnen. Dann müssten nicht mehr sämtliche Ersatzteile und Elektronikkomponenten von der Erde gestartet werden.

Einen Meteoriten im Weltraum abbauen

In versiegelten Kammern der Raumstation gaben Forschende zerkleinertes Meteoritenmaterial in Flüssigkulturen. Diese blieben unter Bedingungen nahezu vollständiger Schwerelosigkeit mehrere Wochen lang stehen.

Nach der Rückkehr der Proben zur Erde untersuchten Rosa Santomartino von der Cornell University und ihr Team die Flüssigkeit.

Dabei zeigte sich, dass der Pilz mehr Palladium aus dem Meteoriten in die Lösung freigesetzt hatte als eine parallel getestete Bakterienart.

Selbst ohne zugesetzte Chemikalien übernahm der Pilz die Metallgewinnung eigenständig. Das ist bedeutsam, denn Flüssigkeiten verhalten sich in Mikrogravitation völlig anders.

Seit Langem stellen Forschende infrage, ob biologische Bergbausysteme auch funktionieren, wenn die Schwerkraft weder das Vermischen von Flüssigkeiten noch das Absinken von Metallen unterstützt. Dieser Versuch belegt, dass dies zumindest in klein angelegten Tests möglich ist.

Pilze übertreffen Bakterien im Orbit

Die Palladiumkonzentration stieg am schnellsten an, wenn der Pilz unmittelbar auf dem zerkleinerten Meteoritenmaterial wuchs.

Die Art Penicillium simplicissimum erzielte im Orbit bessere Ergebnisse als das Bakterium Sphingomonas desiccabilis. Darüber hinaus erhöhte sie die Freisetzung von Platin über das Niveau hinaus, das allein durch chemische Auslaugung erreicht wurde.

Der Vergleich unterstreicht eine zentrale Erkenntnis: Die Wahl des passenden Mikroorganismus ist entscheidend. Beim Biomining – dem Einsatz von Mikroben zur Metallgewinnung aus Gestein – kann ein ungeeigneter Organismus dazu führen, dass wertvolle Elemente zurückbleiben.

Wenn die Schwerkraft fehlt, verändert sich die Chemie

Unter Mikrogravitation verhalten sich Flüssigkeiten nicht mehr wie auf der Erde. Statt sich durch Konvektion zu vermischen, bewegen sich Metallionen nur langsam durch die Flüssigkeit.

Bemerkenswerterweise setzte die Chemie allein im Orbit bestimmte Metalle mitunter schneller frei, während die mikrobielle Gewinnung konstant blieb.

Dies war nicht der erste Hinweis darauf, dass im Weltraum andere Regeln gelten. Bereits 2019 zeigte die BioRock-Mission, dass Mikroben im Orbit für Elektronik wichtige Metalle aus Basalt herauslösen können.

Das neue Meteoritenexperiment macht jedoch deutlich, wie unvorhersehbar diese Prozesse sein können. Ingenieurinnen und Ingenieure können daher nicht einfach davon ausgehen, dass Laborchemie von der Erde unmittelbar im Weltraum dieselben Ergebnisse liefert.

Pilze bohren nicht – sie lösen Metalle heraus

Pilzzellen benötigen keine mechanischen Werkzeuge. Stattdessen verändern sie die Chemie ihrer Umgebung so lange, bis sich Metalle aus dem Gestein lösen.

Viele Pilze setzen im Rahmen ihres normalen Stoffwechsels Carbonsäuren frei – organische Säuren, die an Mineralien binden und Metalle mobilisieren.

Frühere Untersuchungen an Bauxiterz zeigten, dass Penicillium simplicissimum mehrere dieser Säuren bildet, während es Aluminium aus minderwertigem Material gewinnt.

In einem geschlossenen System kann die umgebende Chemie Metalle weiter auflösen, sobald sich diese Säuren angesammelt haben – auch ohne unmittelbaren Kontakt zu den Zellen.

Der Weltraum verändert die Stoffwechselprodukte von Mikroben

Die chemische Untersuchung der verbliebenen Flüssigkeit brachte eine weitere Überraschung ans Licht. In Mikrogravitation veränderte der Pilz die Produkte seines Stoffwechsels.

Er steigerte die Produktion von Carbonsäuren und erhöhte zudem die Menge anderer kleiner Moleküle, die für die Pharmaforschung oder Materialwissenschaft potenziell wertvoll sein könnten.

Diese Veränderung legt nahe, dass Weltraumbedingungen nicht nur beeinflussen, wie Metalle gelöst werden. Sie könnten Mikroben auch dazu bringen, insgesamt andere chemische Verbindungen zu erzeugen. Bei der Entwicklung künftiger Bioreaktoren für den Weltraum müssen solche Veränderungen berücksichtigt werden.

Zwei Schwerkraftbedingungen im direkten Vergleich

Um den Einfluss der Schwerkraft gezielt zu untersuchen, betrieben die Forschenden identische Hardware auf der Erde, während der Astronaut Michael Scott Hopkins den Versuch auf der Raumstation einrichtete.

Von 44 gemessenen Elementen halfen Mikroben dabei, 18 in Lösung zu bringen. Einen grossen Anteil dieser Extraktion lieferten die Pilzkulturen.

Die Probenvolumina waren allerdings gering, und die Ergebnisse schwankten. Soll das System vergrössert werden, müssen das Wachstum der Mikroben, die Durchmischung der Flüssigkeit und die chemischen Bedingungen genauer kontrolliert werden.

Künftige Forschungsrichtungen

Aus einem kleinen Orbitalversuch ein praxistaugliches Bergbausystem zu machen, wird nicht einfach sein. Die Zusammenarbeit zwischen der Cornell University und der University of Edinburgh zeigte, dass die Auswahl der Mikroben und die Art des Gesteins gemeinsam optimiert werden müssen.

„Dies ist wahrscheinlich das erste Experiment dieser Art auf der Internationalen Raumstation mit einem Meteoriten“, sagte Santomartino.

Künftige Missionen könnten sorgfältig ausgewählte Mikroben mit lokalem Asteroidengestein kombinieren, um die Masse der notwendigen Nachschubtransporte zu verringern – eine entscheidende Einschränkung bei Reisen in den tiefen Weltraum.

Weltraummikroben unterstützen den Bergbau auf der Erde

Die Folgen reichen über die Weltraumforschung hinaus. Auf der Erde enthalten Abraumhalden und geringhaltige Erze Metalle, die Unternehmen häufig zurücklassen, weil die chemische Gewinnung zu teuer oder zu energieaufwendig ist.

Mikrobielle Verfahren könnten den Einsatz aggressiver Reagenzien und hoher Temperaturen verringern, da Säuren und bindende Moleküle bei Raumtemperatur auf natürliche Weise entstehen. Dieser Ansatz fördert eine Kreislaufwirtschaft, indem Materialien im Nutzungskreislauf bleiben, statt immer tiefer nach neuen Vorkommen zu graben.

Mikroben sind jedoch keine Universallösung. Gelöste Metalle aufzufangen, sie zu konzentrieren und zu nutzbaren Materialien zu reinigen, bleibt eine technische Herausforderung.

Der nächste Schritt beim Bergbau im Weltraum

Kleine Laborkammern können den Massstab des Asteroidenbergbaus nicht nachbilden. Künftige Experimente müssen grössere Systeme, längere Zeiträume, Strahlenbelastung und Verunreinigungen durch unerwünschte Mikroben untersuchen.

Zudem benötigen Ingenieurinnen und Ingenieure verlässliche Verfahren, um gelöste Metalle aufzufangen und Wachstumsflüssigkeiten in geschlossenen Kreislaufsystemen wiederzuverwenden.

Derzeit ist mikrobieller Bergbau im Weltraum daher ein vielversprechendes Konzept und noch keine betriebsfähige Lieferkette.

Das Meteoritenexperiment zeigt dennoch etwas Bemerkenswertes: Selbst in der ungewöhnlichen Umgebung des Orbits können lebende Systeme wie Pilze wertvolle Metalle aus Gestein lösen – und damit unser Verständnis der Rohstoffgewinnung jenseits der Erde verändern.