Przygotowania są już w toku do misji, które wylądują ludzi na Marsie w ciągu kilkunastu lat. Ale co ludzie będą jeść, jeśli te misje w końcu doprowadzą do stałej kolonizacji czerwonej planety?
Gdy (jeśli) ludzie dotrą na Marsa, głównym wyzwaniem dla każdej kolonii będzie wygenerowanie stabilnych dostaw żywności. Ogromne koszty wyniesienia i uzupełniania zasobów z Ziemi sprawią, że będzie to niepraktyczne.
Ludzie na Marsie będą musieli odejść od całkowitego polegania na transportowanych ładunkach i osiągnąć wysoki poziom samowystarczalnego i zrównoważonego rolnictwa.
Ostatnie odkrycie ciekłej wody na Marsie – które dodaje nowe informacje do pytania, czy znajdziemy życie na planecie – podnosi możliwość wykorzystania takich zasobów do pomocy w uprawie żywności.
Ale woda jest tylko jedną z wielu rzeczy, których będziemy potrzebować, jeśli mamy wyhodować wystarczającą ilość żywności na Marsie.
Jaki rodzaj żywności?
Wcześniejsze prace sugerowały wykorzystanie mikrobów jako źródła żywności na Marsie. Inną możliwością jest wykorzystanie szklarni hydroponicznych i systemów kontrolowanego środowiska, podobnych do tych testowanych na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej w celu uprawy roślin.
W tym miesiącu, w czasopiśmie Genes, przedstawiamy nową perspektywę opartą na wykorzystaniu zaawansowanej biologii syntetycznej w celu poprawy potencjalnej wydajności życia roślinnego na Marsie.
Biologia syntetyczna jest szybko rozwijającą się dziedziną. Łączy ona zasady inżynierii, nauki o DNA i informatyki (wśród wielu innych dyscyplin) w celu nadania nowych i ulepszonych funkcji organizmom żywym.
Nie tylko możemy czytać DNA, ale możemy również projektować systemy biologiczne, testować je, a nawet tworzyć całe organizmy. Drożdże to tylko jeden z przykładów mikroba przemysłowego, którego cały genom jest obecnie przeprojektowywany przez międzynarodowe konsorcjum.
Technologia posunęła się tak daleko, że precyzyjna inżynieria genetyczna i automatyzacja mogą być teraz połączone w zautomatyzowane zrobotyzowane obiekty, znane jako biofoundry.
Te biofoundry mogą testować miliony projektów DNA równolegle, aby znaleźć organizmy o cechach, których szukamy.
Mars: Earth-like but not Earth
Although Mars is the most Earth-like of our neighbouring planet, Mars and Earth differ in many ways.
Grawitacja na Marsie wynosi około jednej trzeciej tej na Ziemi. Mars otrzymuje około połowy światła słonecznego, które otrzymujemy na Ziemi, ale znacznie wyższy poziom szkodliwego promieniowania ultrafioletowego (UV) i kosmicznego. Temperatura powierzchni Marsa wynosi około -60℃ i ma on cienką atmosferę wykonaną głównie z dwutlenku węgla.
W przeciwieństwie do ziemskiej gleby, która jest wilgotna i bogata w składniki odżywcze i mikroorganizmy, które wspierają wzrost roślin, Mars jest pokryty regolitem. Jest to jałowy materiał, który zawiera toksyczne dla ludzi związki chemiczne nadchloranu.
Ponadto – pomimo ostatniego znaleziska podpowierzchniowego jeziora – woda na Marsie istnieje głównie w postaci lodu, a niskie ciśnienie atmosferyczne planety sprawia, że woda w stanie ciekłym wrze przy około 5℃.
Rośliny na Ziemi ewoluowały przez setki milionów lat i są przystosowane do warunków ziemskich, ale nie będą dobrze rosły na Marsie.
To oznacza, że znaczne zasoby, które byłyby rzadkie i bezcenne dla ludzi na Marsie, takie jak ciekła woda i energia, musiałyby zostać przydzielone, aby osiągnąć wydajne rolnictwo poprzez sztuczne tworzenie optymalnych warunków wzrostu roślin.
Adaptacja roślin do warunków Marsa
Bardziej racjonalną alternatywą jest wykorzystanie biologii syntetycznej do opracowania upraw specjalnie dla Marsa. Z tym trudnym wyzwaniem można się zmierzyć i przyspieszyć jego realizację, budując biofundrię marsjańską skoncentrowaną na roślinach.
Taka zautomatyzowana placówka byłaby w stanie przyspieszyć inżynierię projektów biologicznych i testowanie ich działania w symulowanych warunkach marsjańskich.
Przy odpowiednim finansowaniu i aktywnej współpracy międzynarodowej, taka zaawansowana placówka mogłaby poprawić wiele cech wymaganych do tego, by uprawy prosperowały na Marsie w ciągu dekady.
Obejmuje to poprawę fotosyntezy i fotoprotekcji (aby pomóc chronić rośliny przed światłem słonecznym i promieniami UV), a także tolerancję na suszę i zimno w roślinach oraz inżynierię wysokowydajnych upraw funkcjonalnych. Musimy również zmodyfikować mikroby w celu detoksykacji i poprawy jakości marsjańskiej gleby.
Wszystkie te wyzwania leżą w zasięgu możliwości nowoczesnej biologii syntetycznej.
Korzyści dla Ziemi
Opracowanie następnej generacji upraw wymaganych do utrzymania ludzi na Marsie przyniosłoby również ogromne korzyści ludziom na Ziemi.
Rosnąca populacja globalna zwiększa zapotrzebowanie na żywność. Aby sprostać temu zapotrzebowaniu, musimy zwiększyć wydajność rolnictwa, ale musimy to zrobić bez negatywnego wpływu na nasze środowisko.
Najlepszym sposobem na osiągnięcie tych celów byłoby ulepszenie upraw, które są już powszechnie stosowane. Stworzenie obiektów takich jak proponowana Mars Biofoundry przyniosłoby ogromne korzyści w zakresie czasu realizacji badań nad roślinami, co miałoby wpływ na bezpieczeństwo żywnościowe i ochronę środowiska.
Więc ostatecznie głównym beneficjentem wysiłków zmierzających do rozwoju upraw na Marsa byłaby Ziemia.
.