Förberedelser pågår redan för uppdrag som ska leda till att människor landar på Mars inom ett tiotal år. Men vad skulle människor äta om dessa uppdrag så småningom leder till permanent kolonisering av den röda planeten?
När (om) människor lyckas ta sig till Mars kommer en stor utmaning för varje koloni att vara att skapa en stabil livsmedelsförsörjning. De enorma kostnaderna för att skjuta upp och förse resurser från jorden kommer att göra detta opraktiskt.
Människor på Mars kommer att behöva gå ifrån ett fullständigt beroende av fraktgods och uppnå en hög nivå av självförsörjande och hållbart jordbruk.
Den senaste upptäckten av flytande vatten på Mars – som tillför ny information till frågan om vi kommer att hitta liv på planeten – ger upphov till möjligheten att använda sådana förnödenheter för att hjälpa till att odla mat.
Men vatten är bara en av många saker som vi kommer att behöva om vi ska kunna odla tillräckligt med mat på Mars.
Vilken typ av mat?
I tidigare arbeten har man föreslagit att man ska använda mikrober som källa till mat på Mars. Användningen av hydroponiska växthus och kontrollerade miljösystem, liknande det som testas ombord på den internationella rymdstationen för att odla grödor, är ett annat alternativ.
Denna månad ger vi i tidskriften Genes ett nytt perspektiv baserat på användningen av avancerad syntetisk biologi för att förbättra den potentiella prestandan hos växtlivet på Mars.
Syntetisk biologi är ett snabbväxande område. Den kombinerar principer från ingenjörsvetenskap, DNA-vetenskap och datavetenskap (bland många andra discipliner) för att ge levande organismer nya och förbättrade funktioner.
Vi kan inte bara avläsa DNA, utan också utforma biologiska system, testa dem och till och med konstruera hela organismer. Jäst är bara ett exempel på en industriell arbetshästmikrobi vars hela arvsmassa för närvarande omkonstrueras av ett internationellt konsortium.
Tekniken har gått så långt att precisionsgenetik och automatisering nu kan slås samman till automatiserade robotanläggningar, så kallade biofoundries.
Dessa biofoundries kan testa miljontals DNA-konstruktioner parallellt för att hitta de organismer som har de egenskaper som vi letar efter.
Mars: Mars är visserligen den mest jordlika av våra grannplaneter, men Mars och jorden skiljer sig åt på många sätt.
Tyngdkraften på Mars är ungefär en tredjedel av den på jorden. Mars får ungefär hälften av det solljus som vi får på jorden, men mycket högre nivåer av skadliga ultravioletta (UV) och kosmiska strålar. Yttemperaturen på Mars är cirka -60℃ och den har en tunn atmosfär som främst består av koldioxid.
I motsats till jordens jord, som är fuktig och rik på näringsämnen och mikroorganismer som stödjer växttillväxt, är Mars täckt av regolit. Detta är ett torrt material som innehåller perkloratkemikalier som är giftiga för människor.
Också – trots det senaste fyndet av en sjö under ytan – finns vatten på Mars mestadels i form av is, och planetens låga atmosfärstryck gör att flytande vatten kokar vid cirka 5℃.
Växter på jorden har utvecklats under hundratals miljoner år och är anpassade till jordiska förhållanden, men de kommer inte att växa bra på Mars.
Detta innebär att betydande resurser som skulle vara knappa och ovärderliga för människor på Mars, som flytande vatten och energi, skulle behöva fördelas för att uppnå ett effektivt jordbruk genom att artificiellt skapa optimala växttillväxtförhållanden.
Anpassning av växter till Mars
Ett mer rationellt alternativ är att använda syntetisk biologi för att utveckla grödor som är speciellt anpassade för Mars. Denna formidabla utmaning kan hanteras och påskyndas genom att bygga upp en växtfokuserad Mars-biostiftelse.
En sådan automatiserad anläggning skulle kunna påskynda utvecklingen av biologiska konstruktioner och testning av deras prestanda under simulerade Marsförhållanden.
Med tillräcklig finansiering och aktivt internationellt samarbete skulle en sådan avancerad anläggning kunna förbättra många av de egenskaper som krävs för att få grödor att trivas på Mars inom ett decennium.
Detta innefattar förbättring av fotosyntesen och fotoskyddet (för att skydda växterna från solljus och UV-strålar), samt tork- och köldtolerans hos växter, och utveckling av funktionella grödor med hög avkastning. Vi måste också modifiera mikrober för att avgifta och förbättra Mars-jordkvaliteten.
Dessa är alla utmaningar som ligger inom ramen för den moderna syntetiska biologins möjligheter.
Fördelar för jorden
Avveckling av nästa generation grödor som krävs för att försörja människor på Mars skulle också ha stora fördelar för människor på jorden.
Den växande världsbefolkningen ökar efterfrågan på livsmedel. För att möta denna efterfrågan måste vi öka jordbrukets produktivitet, men vi måste göra det utan att påverka vår miljö negativt.
Det bästa sättet att uppnå dessa mål skulle vara att förbättra de grödor som redan används i stor utsträckning. Att inrätta anläggningar som det föreslagna Mars Biofoundry skulle ge enorma fördelar när det gäller genomströmningstiden för växtforskning med konsekvenser för livsmedelssäkerhet och miljöskydd.
Så i slutändan skulle jorden vara den främsta mottagaren av ansträngningarna att utveckla grödor för Mars.