Согласно новому исследованию, жизнь в доме, построенном из грибов и бактерий, может показаться фантастикой, но теперь исследователи на шаг приблизились к тому, чтобы в конечном итоге воплотить это в реальность.

Исследовательская группа в Монтане вырастила плотные, губчатые заросли мицелия — корнеобразной структуры, соединяющей грибковые сети под землей, — в качестве основы для создания живого, самовосстанавливающегося строительного материала.

До создания прочных, несущих нагрузку конструкций из живого материала еще много лет. Однако это открытие является важным шагом на пути к созданию устойчивой альтернативы цементу, связующему веществу в бетоне, сказала Челси Хеверан, старший автор исследования, опубликованного 16 апреля в журнале Cell Reports Physical Science.

По данным лондонского аналитического центра Chatham House, ежегодно производится более 4 миллиардов метрических тонн (4,4 миллиарда тонн) цемента, на долю которого приходится около 8% глобальных выбросов углекислого газа. Это означает, что если бы производство цемента было страной, то она занимала бы третье место после Китая и Соединённых Штатов по объему выбросов в 2023 году.

“Мы спросили: «А что, если бы мы могли сделать это по-другому, используя биологию?» Таково наше видение”, — сказал Хеверан, доцент кафедры механики и промышленной инженерии в Университете штата Монтана в Бозмане.

Авторы исследования ввели бактерии, способные вырабатывать карбонат кальция — то же химическое соединение, которое содержится в кораллах, яичной скорлупе и известняке, — в грибковый мицелий, который служил каркасом. Благодаря процессу, называемому биоминерализацией, карбонат кальция превращает липкий, гибкий мицелий в жесткую, похожую на кость структуру.

“Мы не первые, кто биоминерализует что-либо и называет это строительным материалом. …Но если вы хотите сохранить (бактерии) живыми как можно дольше, чтобы вы могли делать с ними больше, необходимо решить некоторые проблемы, связанные с продлением этой жизнеспособности”, — сказал Хеверан. “Вот почему мы снабдили их каркасами из грибкового мицелия, потому что мицелий действительно прочный, и в природе иногда он биоминерализуется (сам по себе)”.

Команда экспериментировала с тем, чтобы позволить грибку под названием Neurospora crassa биоминерализоваться самостоятельно, но обнаружила, что его уничтожение и последующее добавление микробов помогает получить более жесткий материал за меньшее время. Бактерии, называемые Sporosarcina pasteurii, образовали кристаллические сетки карбоната кальция вокруг грибковых нитей после метаболизма мочевины, которая является для бактерий пищей.

В то время как другие биоминерализованные строительные материалы считаются “живыми” всего несколько дней, Хеверан сказала, что ее команде удалось поддерживать активность микробов в течение как минимум четырех недель, и в конечном итоге этот период может растянуться на месяцы или даже годы.

“В нашей следующей работе мы с нетерпением ждем возможности задать вопросы: «Можем ли мы заделать трещину в материале?» Или «можем ли мы что-то почувствовать с помощью этих бактерий?’ Например, представьте, что в вашем здании плохое качество воздуха, а стены сделаны из этих кирпичей. Могут ли они засветиться, чтобы (указать) на это?” Сказал Хеверан. “Раньше мы не могли ничего из этого сделать, потому что микробы были недостаточно живыми, но сейчас они очень живые”.

Есть еще Муш-номер для совершенствования

Прежде чем используется для домов, заборов и других сооружений, много тестов нужно найти живой строительный материал для замены цемента, сказал Авинаш Манджула-Basavanna, биоинженером, кто не был вовлечен в исследование.

“Такого рода эксперименты проводятся в небольших масштабах. … Они не обязательно отражают свойства объемного материала”, — говорит Манджула-Басаванна, старший научный сотрудник Северо-Восточного университета в Бостоне. “Когда речь заходит о строительных материалах, людей интересуют не жесткость. Это прочность, способность выдерживать нагрузку”.

Несмотря на то, что прочность и долговечность живых строительных материалов пока не сравнимы с бетоном, Хеверан сказал, что мицелий по-прежнему является перспективной основой. Благодаря своей гибкости липкому веществу можно придать форму сосудистых каналов в балках, кирпичах или стенах.

Подобно кровеносным сосудам в организме человека, клетки в живых строительных материалах нуждаются в структурах, способных доставлять питательные вещества, чтобы оставаться живыми. Однако добавление этих структур в конструкцию строительных материалов может сделать их более слабыми, что представляет проблему для будущих исследований, говорит Манджула-Басаванна.

“Я думаю, что в будущем они могут быть полезны для одноэтажных зданий, таких небольших сооружений — это вполне осуществимо”, — сказала Манджула-Басаванна. “Это может произойти через пять-десять лет”.

Грибок также представляет потенциальную опасность для органов дыхания, и хотя уничтожение мицелия снижает его способность продуцировать аллергены, необходимо провести дополнительные исследования, прежде чем считать его безопасным для обитания, сказал Хеверан.

“Очень просто разработать концепцию тестирования, согласно которой материалы должны быть достаточно прочными, потому что такие стандарты уже существуют”, — сказал Хеверан. “Но у нас нет нормативных стандартов для моих кирпичей, в которых есть ячейки”.

Заглядывая в будущее

Можно с уверенностью сказать, что в ближайшее время вы не увидите грибных брикетов в продаже в вашем местном магазине товаров для дома.

Команда Heveran — лишь одна из многих в стране, изучающих возможности мицелия, который используется для других, более мягких материалов, таких как упаковка и изоляция.

По словам Хеверана, несколько правительственных учреждений уже заинтересовалPossible варианты использования материалов для строительства жилых домов.

“Существует множество ”если», которые должны быть учтены, чтобы среднестатистическая семья могла получить от этого экономическую выгоду», — сказал Хеверан.

“Но для общества это может оказаться намного дешевле, если вы пытаетесь построить инфраструктуру для сообщества, которое действительно в ней нуждается, или если вы пытаетесь построить инфраструктуру в космосе, это может быть намного проще, чем возить цемент и бетон туда”, — объяснила она. “Эти возможности действительно волнуют меня”.