Forberedelserne er allerede i gang til missioner, der skal bringe mennesker til Mars om et årti eller deromkring. Men hvad skal folk spise, hvis disse missioner i sidste ende fører til permanent kolonisering af den røde planet?
Når (hvis) mennesker når frem til Mars, vil en stor udfordring for enhver koloni være at skabe en stabil forsyning af fødevarer. De enorme omkostninger ved at opsende og genforsyne ressourcer fra Jorden vil gøre det upraktisk.
Mennesker på Mars bliver nødt til at bevæge sig væk fra fuldstændig afhængighed af fragt og opnå et højt niveau af selvforsynende og bæredygtigt landbrug.
Den nylige opdagelse af flydende vand på Mars – som tilføjer ny information til spørgsmålet om, hvorvidt vi vil finde liv på planeten – rejser muligheden for at bruge sådanne forsyninger til at hjælpe med at dyrke mad.
Men vand er kun en af mange ting, vi vil få brug for, hvis vi skal dyrke nok mad på Mars.
Hvilken slags mad?
Tidligere arbejde har foreslået brugen af mikrober som en kilde til mad på Mars. Brugen af hydroponiske drivhuse og systemer med kontrolleret miljø, svarende til det, der afprøves om bord på den internationale rumstation til dyrkning af afgrøder, er en anden mulighed.
I denne måned giver vi i tidsskriftet Genes et nyt perspektiv baseret på brugen af avanceret syntetisk biologi til at forbedre den potentielle ydeevne af planteliv på Mars.
Syntetisk biologi er et hurtigt voksende område. Det kombinerer principper fra ingeniørvidenskab, DNA-videnskab og datalogi (blandt mange andre discipliner) for at give levende organismer nye og forbedrede funktioner.
Vi kan ikke kun læse DNA, men også designe biologiske systemer, afprøve dem og endda konstruere hele organismer. Gær er blot et eksempel på en industriel arbejdshest-mikrobe, hvis hele genom i øjeblikket bliver gentænkt af et internationalt konsortium.
Teknologien er nået så langt, at præcisionsgenmanipulation og automatisering nu kan smeltes sammen i automatiserede robotanlæg, kaldet biofoundries.
Disse biofoundries kan teste millioner af DNA-designs parallelt for at finde de organismer med de kvaliteter, vi søger.
Mars: Selv om Mars er den mest jordlignende af vores naboplaneter, er Mars og Jorden forskellige på mange måder.
Tyngdekraften på Mars er omkring en tredjedel af tyngdekraften på Jorden. Mars modtager omkring halvdelen af det sollys, vi får på Jorden, men meget højere niveauer af skadelige ultraviolette (UV) og kosmiske stråler. Overfladetemperaturen på Mars er ca. -60℃, og den har en tynd atmosfære, der primært består af kuldioxid.
I modsætning til Jordens jord, som er fugtig og rig på næringsstoffer og mikroorganismer, der understøtter plantevækst, er Mars dækket af regolit. Dette er et tørt materiale, der indeholder perchloratkemikalier, som er giftige for mennesker.
Også – på trods af det seneste fund af en sø under overfladen – findes vand på Mars for det meste i form af is, og planetens lave atmosfæriske tryk får flydende vand til at koge ved omkring 5℃.
Planter på Jorden har udviklet sig i hundreder af millioner af år og er tilpasset jordiske forhold, men de vil ikke vokse godt på Mars.
Det betyder, at betydelige ressourcer, som ville være knappe og uvurderlige for mennesker på Mars, såsom flydende vand og energi, ville skulle allokeres for at opnå et effektivt landbrug ved kunstigt at skabe optimale vækstbetingelser for planter.
Adaptering af planter til Mars
Et mere rationelt alternativ er at bruge syntetisk biologi til at udvikle afgrøder specifikt til Mars. Denne formidable udfordring kan tackles og fremskyndes ved at opbygge et plantefokuseret Mars-biofundament.
Et sådant automatiseret anlæg vil være i stand til at fremskynde udviklingen af biologiske designs og afprøvning af deres ydeevne under simulerede Marsforhold.
Med passende finansiering og aktivt internationalt samarbejde vil et sådant avanceret anlæg kunne forbedre mange af de egenskaber, der kræves for at få afgrøder til at trives på Mars inden for et årti.
Dette omfatter forbedring af fotosyntese og fotobeskyttelse (for at hjælpe med at beskytte planterne mod sollys og UV-stråler) samt tørke- og kulde-tolerance hos planter og udvikling af funktionelle afgrøder med høj ydelse. Vi skal også ændre mikroberne for at afgifte og forbedre jordkvaliteten på Mars.
Det er alle udfordringer, som den moderne syntetiske biologi har mulighed for.
Nytte for Jorden
Den næste generation af afgrøder, der er nødvendige for at opretholde mennesker på Mars, vil også have store fordele for mennesker på Jorden.
Den voksende globale befolkning øger efterspørgslen efter fødevarer. For at imødekomme denne efterspørgsel må vi øge landbrugets produktivitet, men vi skal gøre det uden at påvirke vores miljø negativt.
Den bedste måde at nå disse mål på ville være at forbedre de afgrøder, der allerede er meget udbredte. Etablering af faciliteter som det foreslåede Mars Biofoundry ville give enorme fordele i form af en hurtigere gennemførelse af planteforskningen med konsekvenser for fødevaresikkerheden og miljøbeskyttelsen.
Så i sidste ende vil den største modtager af bestræbelserne på at udvikle afgrøder til Mars være Jorden.