اقرأ في هذا المقال
ما هي الخرسانة الحية؟
الخرسانة الحية هي نوع جديد من الخرسانة تعج بالحياة تم تصنيعها في جامعة كولورادو، على عكس الخرسانة التقليدية التي هي مزيج من الماء والرمل والأسمنت، فإنّ هذه المادة الجديدة تتضمن مكونين جديدين هما البكتيريا الضوئي والجيلاتين، فكرة خلط الكائنات الحية والخرسانة ليست غريبة تمامًا كما تبدو، يأتي جزء من قوة الخرسانة من الكربونات التي يتم تشكيلها أثناء عملية المعالجة حيث تُنتج الكثير من الكائنات الحية أيضًا هياكل مصنوعة من الكربونات وتشمل هذه بعض الهياكل القوية للغاية التي هي مزيج من البروتينات والكربونات، مثل قذائف العديد من الحيوانات المائية.
أجريت أبحاث في وقت سابق بحيث أن البكتيريا تُساعد الخرسانة على شفاء تشققاتها من تلقاء نفسها، لم يتغير الإسمنت والخرسانة كثيرًا مثل التكنولوجيا منذ أكثر من مائة عام، لكن الباحثين في كولورادو أحدثوا ثورة في مواد البناء من خلال إعادتها حرفياً إلى الحياة، الطريقة التي تم تطويرها والتي تم تقديمها في 15 يناير 2020 في مجلة Matter، تجمع بين الرمال والبكتيريا لبناء مادة حية لها وظيفة هيكلية حاملة ووظيفة بيولوجية.
أنشأ الفريق سقالة من الرمل والهيدروجيل لتنمو فيها البكتيريا، تحتفظ الهيدروجيل بالرطوبة والمواد المغذّية للبكتيريا لتتكاثر وتمعدن وهي عملية مشابهة لتشكيل الصدف في المحيط، من خلال الجمع بين الثلاثة، ابتكر الباحثون مادة حية خضراء تظهر قوة مماثلة للملاط القائم على الأسمنت، البكتريا المستخدمة في الخرسانة الحية تسمى البكتيريا الخضراء (Synechococcus) هذه البكتيريا تأتي تحت معايير (Cyanobacteria).
تكتسب البكتيريا طاقتها من خلال عملية البناء الضوئي، في هذه العملية يُمتص ثاني أكسيد الكربون وضوء الشمس وبعض العناصر الغذائية الأخرى في وجود الكلوروفيل ويُطلِق كربونات الكالسيوم والأكسجين، كما تستخدم البكتيريا الخضراء التركيب الضوئي من أجل التمعدن الحيوي للسقالة، لذا فهي بالفعل خضراء حقًا، يقول المؤلف الكبير ويل سروبار الذي يرأس مختبر المواد الحية في جامعة كولورادو بولدر، إنّها تبدو مادة من نوع فرانكنشتاين.
هذا بالضبط ما نحاول خلقه شيء يبقى على قيد الحياة، ليس لديهم نواة مرتبطة بالغشاء وهي خضراء اللون بسبب الكلوروفيل. وبالتالي، يتم تناولها أحيانًا على أنها الطحالب الخضراء، للبكتيريا الخضراء تحمّل الظروف القاسية والقدرة على الوجود بدون الفيتامينات، تتكاثر من خلال عملية تسمى الانشطار الثنائي، حيث تتفكك الكروموسومات وتنقسم خلية واحدة إلى خليتين، جمع الباحثون البكتيريا مع الجيلاتين والرمل وبعض العناصر الغذائية في خليط سائل، ثم وضعوا الخليط في قالب.
على هذا النحو كان هناك الكثير من الأبحاث حول محيط الخرسانة الهيكلية التي تضمنت علم الأحياء. وقد تضمن هذا في الغالب الكثير من العمل على محاولة معرفة كيف تحصل قذائف المخلوقات الحية على بعض خصائصها المثيرة للإعجاب، لكنها تضمنت أيضًا فكرة أن الكائنات الحية يمكن أن تشكل كربونات هيكلية، بما في ذلك بعض المحاولات لصنع الخرسانة التي تلتئم ذاتيًا بفضل وجود ميكروبات منتجة للكربونات.
المشاكل التي تواجه الخرسانة الحية:
المشكلة الكبرى هنا هي أنه طالما تم الحفاظ على الجيلاتين رطبًا، فإنّ المادة يتم الاحتفاظ بها مع الجيلي، ببساطة لا تُنتج البكتيريا الزرقاء ما يكفي من الكربونات في غضون أسبوع لإعطاء الخرسانة نوع صلابة المواد التي نربطها بالخرسانة الفعلية، لأداء أفضل عليك فعليًا تجفيف كل شيء، ممّا يقتل البكتيريا في هذه العملية، عندما يجف الجيلاتين فإنّه يشكل شبكة من البروتين ممزوجة بكربونات الكالسيوم التي شكلتها البكتيريا الزرقاء وهي مزيج من الكالسيت والجبس، هذا يربط الرمل معًا ممّا يشكل بُنية قوية.
هذا هو السبب في أن المادة يمكن أن تكون حية أو ملموسة ولكن ليس كلاهما في نفس الوقت، هذا هو السبب أيضًا في أنها ليست مادة ذاتية الشفاء، يمكن أن تلتئم ذاتيًا ولكن فقط إذا تم الاحتفاظ بها في حالة هلامية مرنة، ستكون شبكة الجيلاتين المجففة حول الرمال مادة متينة إلى حد ما، لكن وجود البكتيريا الخضراء حسن مقاومتها للكسر بأكثر من 15 في المائة، كما أنه صمد للضغط حول الاسمنت منخفض الدرجة، على الرغم من أن ذلك كان إلى حد كبير أسفل الرمل داخل الخليط.
على أيّ حال فإنّ وجود البكتيريا الخضراء جعل المادة أكثر قوة من الجيلاتين وحده، لا شيء من هذه الأرقام مثير للإعجاب بشكل خاص ولكن من المحتمل تمامًا أن تستمر كمية الكربونات في الارتفاع بمرور الوقت وأن قوة المواد المجففة سترتفع معها، في الواقع يتتبع مُعظم هذا العمل مجموعة من الاحتمالات، قد يكون من الممكن اختيار البكتيريا الخضراء بحيث تتطور بدرجة أكبر من التحمل للظروف الأكثر جفافًا وبالتالي فإنّها تعيش لفترة أطول داخل مادة التصلّب.
ما يمكن أن نعززه هو إنتاج الكربونات، بحيث يتم إنتاج المزيد من المواد أثناء بقاء البكتيريا الخضراء، يمكننا استبدال الجيلاتين بمواد تُشكّل شبكة قوية بينما مستويات المياه لا تزال مرتفعة، بالطبع كل هذا مبني على مجهول كبير لا نعرف ما إذا كان المزيد من الكربونات سيحسن بالفعل من قوة المادة، كل هذا يجعل من الورقة جهدًا مثيرًا للفضول يستحق بعض الاهتمام، لكن الباحثين يحتاجون حقًا إلى التفكير أكثر في كيفية تقديمهم دراسة أولية مثل هذه.
الأسئلة الشائعة حول الخرسانة الحية:
1- ما هي الخرسانة الحية؟
الخرسانة الحية هي نوع جديد من الخرسانة تعج بالحياة تم تصنيعها في جامعة كولورادو، على عكس الخرسانة التقليدية التي هي مزيج من الماء والرمل والأسمنت.
2- ما اسم البكتيريا المستخدمة في الخرسانة الحية؟
البكتريا المستخدمة في الخرسانة الحية تسمى البكتيريا الخضراء (Synechococcus).
3- ما الذي يجعل الخرسانة الحية خيارًا مستدامًا؟
تطلق الخرسانة الحية الأكسوجين وتمتص ثاني أكسيد الكربون لذلك يتم التفكير فيها على أنّها مستدامة.
