Для фермерів, які працюють на піщаних ґрунтах, полив — це лише частина роботи. Вода швидко стікає через щілини між зернами, а вітер може здути вільний пісок. Щоб рослини вижили, потрібно утримувати вологу навколо їх коренів і тримати пісок на місці.

Вчені протестували, чи можуть волокна, вироблені бактеріями та грибами, зв'язувати ці зерна разом. Вирощуючи мікроби безпосередньо в піску, вони створили матеріал, який назвали 'живим піском', який, за тестами, може зменшити втрати води в шість разів.

В іншому підході вони вирощували тонкі листи целюлози з бактерій і розміщували їх між шарами піску, зменшуючи водопроникність приблизно в 28 разів у лабораторних тестах.

Дослідження, опубліковане в Carbohydrate Polymers, включало дослідників з Університету Халіфа в Об'єднаних Арабських Еміратах, швейцарського дослідницького інституту Empa та ETH Zurich.

У ґрунті корені, грибкові нитки та волокна, вироблені мікробами, допомагають утримувати частинки разом. Дослідники перевірили, чи можуть подібні мікроскопічні мережі зміцнити пісок і змінити, як вода проходить через нього.

Вони використовували бактерію, що виробляє целюлозу, Komagataeibacter medellinensis, та два штами гриба Schizophyllum commune. Грибкові штами належать до одного й того ж виду, але мають різні характеристики росту.

Целюлоза надає стінкам рослинних клітин значну міцність. Деякі бактерії також виробляють її, вивільняючи надзвичайно тонкі волокна, які можуть формувати сітку навколо сусідніх частинок.

Дослідження включало пісок, зібраний з дюн поблизу Аль-Айна в ОАЕ, а також стандартизований лабораторний пісок для певних тестів на міцність. Дослідники стерилізували пісок перед додаванням мікробів і живильних розчинів.

Мікроскопічні зображення показали, що целюлоза прикріплюється до поверхні зерен і з'єднує сусідні зерна.

"Це створює свого роду натуральний композитний матеріал," — сказав Густав Нюстром, який очолює лабораторію целюлози та деревних матеріалів Empa.

Бактеріальна обробка виробляла міцніші зразки, ніж гриби. Протягом семи днів стовпчик піску висотою близько 6 сантиметрів тримався досить добре, щоб його можна було вийняти з форми та нарізати на шматки. Ці шматки залишалися цілими, коли їх поміщали у воду.

Гриби також зв'язували зерна разом, але їх зразки були більш крихкими. Деякі розпадалися під час вилучення з форм або при нарізанні після висихання.

Для другого підходу дослідники вирощували листи целюлози окремо та вставляли їх між шарами піску. Листи діяли як армуюча тканина, допомагаючи розподілити силу, що прикладалася до матеріалу.

У демонстрації з використанням навантаження в 10 кілограмів, необроблений пісочний куб обвалювався набагато більше, ніж куб, зміцнений листами целюлози. Листи, вирощені довше, зазвичай робили зразки міцнішими. Листи також забезпечували найбільше зменшення водопроникності.

Дослідники також виміряли, скільки води зразки можуть утримувати. Для піску, що містить волокна, вирощені безпосередньо серед зерен, це вимірювання зросло з приблизно 20,2% до 25,5%. Вчені описують це збільшення як незначне.

Команда вважає, що мікробні волокна можуть забезпечити біорозкладні альтернативи деяким синтетичним матеріалам, які використовуються для стабілізації ґрунту. Міцніші зв'язки між зернами також можуть допомогти обмежити ерозію вітром, хоча експерименти не вимірювали викиди пилу.

"Цей підхід дозволяє нам вводити органічні речовини та воду в пісок і стабілізувати його до певної міри," — сказав Нюстром.

Три дослідники, Блейз Тарді, М-Хайдар А. Далі та Мохамед Хамід Салім, розкрили заявку на патент у заяві про конфлікт інтересів статті.

Ця робота залишається лабораторним дослідженням. Мікроби отримували воду та живильні речовини в контрольованих умовах, а їхній ріст вимагав кисню. Ріст був нерівномірним уздовж бактеріального піщаного стовпчика, і верхня частина була набагато слабшою, ніж нижня.

Експерименти не перевіряли ріст культур або не встановлювали, як довго матеріал витримуватиме умови пустелі.