3D-печатная почва раскрывает мир у нас под ногами

Ученые-почвоведы из Университета Абертей впервые используют технологию 3D-печати, чтобы точно выяснить, что происходит в мире под нашими ногами. Подобно тому, как экологи изучают взаимодействие живых организмов на поверхности, профессор Уилфред Оттен и исследователи из центра SIMBIOS университета применяют новую технологию для изучения подземной среды.

Команда уже использовала рентгеновскую компьютерную томографию (КТ) для создания 3D-изображений сложной структуры почвы — сети пор, похожей на дырки в сыре эмменталь. Теперь они хотят понять, как эти поровые пространства определяют способы взаимодействия грибов и бактерий, живущих в них. Технология 3D-печати позволяет превратить цифровые 3D-модели в реальные, осязаемые объекты. Невероятно детализированные пластиковые кубы являются репликами структуры почвы и используются в лаборатории как экспериментальные системы.

Вводя микроорганизмы (например, грибы и бактерии) в поровые пространства «пластиковой почвы», ученые могут наблюдать, как эти микроорганизмы перемещаются, выживают, находят источники пищи и взаимодействуют. Хотя 3D-печать становится все более распространенной, раньше она никогда не использовалась для печати чего-то столь сложного и детального, как почва.

Как объясняет профессор Оттен, до появления КТ-сканирования образцы почвы извлекали, нарушая её естественную структуру и поровые сети: «Это все равно что изучать обломки разрушенного здания — вы никогда не сможете понять, какова была его структура до разрушения». Он подчеркивает, что всё на поверхности зависит от почвы, которая играет ключевую роль в продовольственной безопасности и углеродном цикле, но мы все еще мало знаем о процессах в ней.

«3D-печать — это крупный прорыв для нас, — говорит профессор Оттен. — Теперь у нас есть возможность детально изучить структуру почвы, увидеть размер и связность поровых пространств и наблюдать за перемещением бактерий в лаборатории». В экспериментах 3D-модели используются как микрокосмы для проверки теоретических моделей, предсказывающих жизнь микробов в трёхмерных средах, таких как почва.

Хотя исследования находятся на ранней стадии, этот подход в конечном итоге позволит перейти от изучения изолированных образцов к пониманию общей картины. Это даст лучшее представление о последствиях чрезмерной эксплуатации почв для продовольственной безопасности растущего населения, а также о роли почвы в изменении климата.