科学者が「活砂」技術を開発し、砂漠の砂の水分浸透速度を遅くする

細菌が細いセルロース繊維を回転させることができ、緩い砂漠の砂を結合してより強固な材料を作り出す。この材料の排水速度は通常の砂よりも遅く、現在この研究はまだ実験室段階にある。アラブ首長国連邦のハリーファ大学、スイスのEmpa、そしてチューリッヒ工科大学の科学者たちは、微生物繊維が植物の根系、真菌の糸、そして微生物の分泌物が土壌中で砂粒を結合させ、水の流れを変えるのと同様に機能するかどうかをテストした。

活砂の製造方法

研究チームは「活砂」を製造するために二つの方法を採用した。第一の方法は、砂の中で微生物を直接培養し、いわゆる「活砂」を創造することで、これにより排水テストで透水性が約六倍低下した。第二の方法は、薄片状の細菌セルロースを別々に培養し、それを砂層の間に挟むことで、透水性が未処理の砂の約二十八分の一に低下した。研究者たちは、セルロースを生成する細菌Komagataeibacter medellinensisと二種類の真菌Schizophyllum communeの株を使用し、使用した砂はアラブ首長国連邦のアレイン近くの砂丘および標準化された実験室の砂を用いて強度テストを行った。

彼らは微生物と栄養溶液を添加する前に砂を消毒した。顕微鏡画像は、セルロースが砂粒の表面に付着し、隣接する砂粒を結びつけていることを示している。

Empaのセルロースと木材材料実験室の責任者であるグスタフ・ニーストロム（Gustav Nyström）は、この成果を「自然複合材料」と呼んでいる。細菌が生成したサンプルはより強固である。七日間で、約6センチメートル（2.4インチ）高の砂柱は安定して型から取り出され、小さく切り分けられ、これらの小片は水中で完全な形を保つ。真菌サンプルも砂粒を結合できるが、より脆弱であり、型から取り出す際や乾燥・切断後に破裂することがある。セルロース薄片の役割は強化布のようで、加えられた力を効果的に分散させる。

10キログラム（22ポンド）の重りを加えたデモでは、未処理の砂塊はセルロース薄片を使用した砂塊よりも崩壊がひどく、長時間培養された薄片は通常、より強固なサンプルを提供し、これらの薄片は水の透過性を著しく低下させた。

微生物繊維の潜在的な応用

このチームは、微生物繊維が土壌を安定させるために使用される合成材料の生分解性の代替品を提供する可能性があると考えており、より強固な砂粒の結合は風食を減少させるのに役立つかもしれない。実験では塵埃の排出は測定されていない。ニーストロムは、この方法により研究者が有機物と水を砂に導入し、ある程度それを安定させることができると述べている。砂粒の間に繊維が成長することで、その保持水能力は約20.2%から25.5%に上昇し、この増加は科学者によって軽微と呼ばれている。三名の研究者は申請中の特許を開示した。

しかし、この研究はまだ実験室段階にある。微生物は制御された条件下で水分と栄養を得ており、その成長には酸素が必要である。細菌砂柱の成長は均一ではなく、上部の強度は下部よりもはるかに低い。実験では作物の成長はテストされておらず、この材料が砂漠条件下での生存時間も確定されていない。関連研究は『Carbohydrate Polymers』誌に発表されている。

活砂技術の未来の潜在能力と課題

この研究は、微生物セルロースが砂漠環境において水分浸透を減少させ、土壌を安定させる可能性を示している。地球規模の気候変動の影響に伴い、砂漠化問題はますます深刻化しており、この技術は持続可能な解決策を提供する。しかし、この技術は現在実験室段階にあり、実際の応用データや長期的な効果の評価が欠如しているため、今後は自然環境における有効性と実行可能性を確保するためのさらなる研究が必要である。