Die Vorbereitungen für Missionen, die in etwa zehn Jahren Menschen auf dem Mars landen sollen, sind bereits im Gange. Aber was würden die Menschen essen, wenn diese Missionen schließlich zu einer dauerhaften Besiedlung des roten Planeten führen?
Wenn es Menschen auf den Mars schaffen, wird eine große Herausforderung für jede Kolonie darin bestehen, eine stabile Versorgung mit Nahrungsmitteln zu gewährleisten. Die enormen Kosten für den Start und die Versorgung mit Rohstoffen von der Erde aus werden dies unmöglich machen.
Die Menschen auf dem Mars werden sich von der völligen Abhängigkeit von transportierten Gütern lösen und ein hohes Maß an autarker und nachhaltiger Landwirtschaft erreichen müssen.
Die jüngste Entdeckung von flüssigem Wasser auf dem Mars – die neue Informationen zu der Frage liefert, ob wir Leben auf dem Planeten finden werden – wirft die Möglichkeit auf, solche Vorräte für den Anbau von Nahrungsmitteln zu nutzen.
Aber Wasser ist nur eines von vielen Dingen, die wir brauchen, um genügend Nahrung auf dem Mars anzubauen.
Welche Art von Nahrung?
Vorangegangene Arbeiten haben die Verwendung von Mikroben als Nahrungsquelle auf dem Mars vorgeschlagen. Eine andere Möglichkeit ist der Einsatz von hydroponischen Gewächshäusern und kontrollierten Umweltsystemen, ähnlich denen, die an Bord der Internationalen Raumstation für den Anbau von Pflanzen getestet werden.
In diesem Monat stellen wir in der Zeitschrift Genes eine neue Perspektive vor, die auf dem Einsatz fortschrittlicher synthetischer Biologie beruht, um die potenzielle Leistungsfähigkeit von Pflanzen auf dem Mars zu verbessern.
Synthetische Biologie ist ein schnell wachsendes Gebiet. Sie kombiniert Prinzipien aus dem Ingenieurwesen, der DNA-Wissenschaft und der Informatik (neben vielen anderen Disziplinen), um lebenden Organismen neue und verbesserte Funktionen zu verleihen.
Wir können nicht nur DNA lesen, sondern auch biologische Systeme entwerfen, sie testen und sogar ganze Organismen entwickeln. Hefe ist nur ein Beispiel für ein industrielles Arbeitspferd, dessen gesamtes Genom derzeit von einem internationalen Konsortium umgestaltet wird.
Die Technologie ist so weit fortgeschritten, dass Präzisionsgenetik und Automatisierung jetzt in automatisierten Roboteranlagen, den so genannten Biofoundries, zusammengeführt werden können.
Diese Biofoundries können Millionen von DNA-Entwürfen parallel testen, um die Organismen mit den von uns gesuchten Eigenschaften zu finden.
Mars: Erdähnlich, aber nicht erdähnlich
Obwohl der Mars der erdähnlichste unserer Nachbarplaneten ist, unterscheiden sich Mars und Erde in vielerlei Hinsicht.
Die Schwerkraft auf dem Mars beträgt etwa ein Drittel derjenigen auf der Erde. Der Mars empfängt etwa die Hälfte des Sonnenlichts, das wir auf der Erde bekommen, aber viel mehr schädliche ultraviolette (UV) und kosmische Strahlen. Die Oberflächentemperatur des Mars beträgt etwa -60 °C, und die Atmosphäre ist dünn und besteht hauptsächlich aus Kohlendioxid.
Im Gegensatz zum Boden der Erde, der feucht und reich an Nährstoffen und Mikroorganismen ist, die das Pflanzenwachstum fördern, ist der Mars mit Regolith bedeckt. Dies ist ein trockenes Material, das Perchlorat-Chemikalien enthält, die für den Menschen giftig sind.
Auch existiert Wasser auf dem Mars – trotz des jüngsten Fundes eines unterirdischen Sees – meist in Form von Eis, und der niedrige atmosphärische Druck des Planeten lässt flüssiges Wasser bei etwa 5℃ sieden.
Pflanzen auf der Erde haben sich über Hunderte von Millionen von Jahren entwickelt und sind an die irdischen Bedingungen angepasst, aber sie werden auf dem Mars nicht gut wachsen.
Das bedeutet, dass erhebliche Ressourcen, die für die Menschen auf dem Mars knapp und unbezahlbar wären, wie flüssiges Wasser und Energie, bereitgestellt werden müssten, um eine effiziente Landwirtschaft durch die künstliche Schaffung optimaler Wachstumsbedingungen für die Pflanzen zu erreichen.
Anpassung von Pflanzen an den Mars
Eine rationellere Alternative ist die Verwendung synthetischer Biologie, um Pflanzen speziell für den Mars zu entwickeln. Diese gewaltige Herausforderung kann durch den Aufbau einer auf Pflanzen ausgerichteten Mars-Biogießerei in Angriff genommen und beschleunigt werden.
Eine solche automatisierte Einrichtung wäre in der Lage, die Entwicklung biologischer Designs und die Prüfung ihrer Leistungsfähigkeit unter simulierten Marsbedingungen zu beschleunigen.
Mit angemessener Finanzierung und aktiver internationaler Zusammenarbeit könnte eine solche fortschrittliche Einrichtung innerhalb eines Jahrzehnts viele der Eigenschaften verbessern, die erforderlich sind, damit Nutzpflanzen auf dem Mars gedeihen.
Dazu gehören die Verbesserung der Photosynthese und des Lichtschutzes (zum Schutz der Pflanzen vor Sonnenlicht und UV-Strahlen) sowie die Trockenheits- und Kältetoleranz der Pflanzen und die Entwicklung ertragreicher Nutzpflanzen. Außerdem müssen wir Mikroben verändern, um die Qualität des Marsbodens zu entgiften und zu verbessern.
Dies sind alles Herausforderungen, die die moderne synthetische Biologie bewältigen kann.
Nutzen für die Erde
Die Entwicklung der nächsten Generation von Nutzpflanzen, die für die Versorgung der Menschen auf dem Mars erforderlich sind, hätte auch große Vorteile für die Menschen auf der Erde.
Die wachsende Weltbevölkerung erhöht die Nachfrage nach Nahrungsmitteln. Um diese Nachfrage zu befriedigen, müssen wir die landwirtschaftliche Produktivität steigern, ohne dabei unsere Umwelt zu belasten.
Der beste Weg, diese Ziele zu erreichen, wäre die Verbesserung der bereits weit verbreiteten Nutzpflanzen. Die Einrichtung von Einrichtungen wie der vorgeschlagenen Mars-Biofoundry würde die Durchlaufzeit der Pflanzenforschung immens verkürzen, was sich auf die Ernährungssicherheit und den Umweltschutz auswirken würde.
Der Hauptnutznießer der Bemühungen um die Entwicklung von Nutzpflanzen für den Mars wäre also letztlich die Erde.