Astrozemědělství: Jak budeme pěstovat jídlo na Marsu

Pokud někdy doufáme, že pošleme lidi do žít na Marsu po delší dobu je budeme muset udržovat v teple, bezpečí a dobře krmené. Tento poslední požadavek představuje výzvu pro misi, která může nést pouze omezené množství zásob. I kdyby konzervované fazole nebyly tak těžké, nikdo se z nich nechce živit na roční misi.

Budoucnost osídlení Marsu vyžaduje čerstvě vypěstované ovoce, zeleninu a obilí. Jak ale farmařit na jedovaté, smrtící planetě, jako je Mars? Abychom dostali odpověď, mluvili jsme se třemi výzkumníky Marsu z oblasti ekologie, geologie a biochemie.

Tento článek je součástí Život na Marsu – 10dílná série, která zkoumá špičkovou vědu a technologii, která lidem umožní okupovat Mars

Základní náležitosti

Rostliny jsou odolné věci, ale mají některé základní požadavky. Aby dobře rostly, potřebují teplo, přiměřený atmosférický tlak a ochranu před škodlivým zářením. Poskytnout tyto věci na Marsu by byla výzva, s výjimkou skutečnosti, že je všechny potřebují také lidé.

Nejjednodušším řešením by bylo, že jakékoli stanoviště, které si postavíte pro ubytování astronautů na Marsu, postavíte také pro umístění všech plodin. Přidejte několik jednoduchých LED světel a astronauti se mohou snadno starat o své rostliny, když rostou. Přidání světel by mělo působit proti jakýmkoli účinkům nižší gravitace Marsu, protože i v nulové gravitaci rostliny přirozeně rostou kořeny daleko od světelných zdrojů. Utěsněné prostředí má dokonce tu výhodu, že můžete ovládat podmínky, jako je teplota a vlhkost.

Wieger Wamelink, šlechtitel rostlin a ekolog na Wageningen University, který je jedním z předních výzkumníků v oblasti zemědělství na Měsíci a Marsu, řekl Digital Trends, že pěstování rostlin ve vesmíru je ve skutečnosti velmi srovnatelné s městským zemědělstvím, hnutím za efektivní pěstování potravin ve městech nastavení. Často se toho dosáhne nastavením sterilního prostředí ve vnitřních prostředích s LED světly. V zásadě řekl: "To je něco, co můžete dělat na Marsu, nebo v poušti, chcete-li, nebo ve městě."

Pěstování života v mrtvé půdě

Největší překážkou pěstování plodin na Marsu je však nedostatek něčeho zdánlivě jednoduchého: stará dobrá špína. Půda na Zemi je plná živých organismů a také určitých minerálů, jako je fosfor a draslík, které rostliny využívají. Mars nemá půdu – místo toho má na svém povrchu mrtvý, prašný materiál zvaný regolit.

Neznáme přesné podrobnosti o tom, z čeho se tento regolit skládá, a v různých oblastech může mít různé složení. Ale máme hrubou představu o tom, co v něm je, což NASA umožnilo vyvinout simulátor regolitu. Jde v podstatě o znovuvytvoření marťanské půdy na základě našich současných znalostí o povrchu planety.

To znamená, že zde na Zemi můžete experimentovat s marťanskou „půdou“. I když simulant není levný, je k dispozici ke koupi pro výzkumné účely. Zhruba před deseti lety Wamelink uvažoval, zda lze simulant použít k pěstování plodin, a podíval se na toto téma. "To, co jsem zjistil," řekl, "k mému překvapení musím říci, že to nikdo nikdy nezkusil."

Tak začal zasazení semen do půdy na Marsu, Měsíci a Zemi porovnat jejich růst. Ve svých prvních experimentech Wamelink očekával, že rostliny budou v simulátoru Marsu bojovat. "Je to půda velmi chudá na živiny," vysvětlil. Neobsahuje žádné organické látky a obsahuje těžké kovy, které by mohly bránit rostlinám v klíčení. "Moje očekávání byla velmi nízká," řekl.

Jeho tým zasadil 4200 semen 14 různých druhů a očekával, že většina z nich zemře. Výsledky se ale velmi lišily od toho, co vědci předpovídali. Téměř všechna semena vyklíčila – některá z nich do 24 hodin. To ve skutečnosti způsobilo problémy, řekl Wamelink se smíchem, protože tým se najednou musel starat o obrovskou úrodu přes 4000 rostlin.

Rostliny vyžadovaly hodně pečlivého zalévání, protože regolit je hydrofobní, což znamená, že neabsorbuje mnoho vlhkosti. Budoucí marťanští farmáři tedy budou potřebovat hodně vody aby jejich úroda rostla.

A zatímco rostliny rostly v simulantu marsovského regolitu, dosahovaly výšky jen několika centimetrů a neprodukovaly nic jedlého. Aby rostliny vyrostly do plné velikosti a produkovaly zeleninu, musíte přidat živiny.

Hnojení půdy

Klíčovou složkou, která půdě na Marsu, pokud jde o rostliny, chybí, je organická hmota. Organická hmota je zvláště důležitým zdrojem živin, když je rozkládána bakteriemi, což znamená, že budeme muset přidat bakterie i do budoucích rostoucích oblastí.

Naštěstí jako chodící kolonie mikrobů jsou lidé naježení bakteriemi. Takže, i když je to poněkud nepříjemný koncept, máme způsob, jak je získat. Nejúčinnější metodou by bylo uchovat moč a výkaly produkované astronauty na jejich měsíční cestě na Mars a poté je přidat do regolitu pro kultivaci bakterií. Pokud jste viděli film Marťan, kde ztracený astronaut Mark Watney pěstuje brambory v půdě Marsu s odpadními vodami jeho a jeho kolegů z posádky, je to stejný koncept. Aby však byli všichni zdraví, museli byste podniknout kroky k zabití všech patogenů, které by mohly být přenášeny lidským odpadem.

Můžete pomoci v procesu trávení organické hmoty a její recyklaci do půdy zavedením červů. Dokonce i na Marsu jsou žížaly nejlepším přítelem zahradníků, protože tráví organickou hmotu a produkují hnojivo spolu s kopacími tunely, které zajišťují důležité provzdušňování a zadržování vody pro rostlinu kořeny růst. "Myslím, že jsou nezbytné pro dobrý systém," řekl Wamelink. Vajíčka červů lze navíc skladovat po dlouhou dobu, což je činí potenciálně přenosnými na Mars.

Jakmile bude váš marsovský regolit obohacen o živiny, organickou hmotu, bakterie a červy, můžete začít sázet semínka. Semena mohou být přivezena ze Země bez větších problémů, protože jsou malá a lehká.

Budoucí obyvatelé Marsu mohou mít pestřejší výběr stravy, než si představujete. Wamelink mi říká, že v simulantu marťanského regolitu mohou růst všechny druhy jedlých rostlin. Takže zatímco hydroponické systémy se používají na místech, jako je Mezinárodní vesmírná stanice, kde se rostliny nepěstují v půdě, ale suspendované v živném roztoku, jsou vhodnější pro pěstování listové zeleniny než škrobová zelenina, můžete pěstovat prakticky cokoliv v půdě. Mars regolith simulant se používá k pěstování brambor, zelených fazolek, rajčat, mrkve, ředkviček, pšenice, žita a dalších.

Zbavit se nechutností

Jednou z obav o bezpečnost půdy na Marsu je přítomnost nebezpečných těžkých kovů. "Není to jen zinek, kterého trochu potřebujeme, ale také kadmium, olovo, rtuť - všechno, co ve svém jídle nechcete," řekl Wamelink.

To však nemusí být tak velký problém, jak si možná myslíte. "To se ve skutečnosti neliší od Země," zdůraznil, protože těžké kovy lze nalézt i v naší půdě. Otázkou je, zda jsou tyto těžké kovy vázány způsobem, který zabraňuje jejich uvolňování do půdy a následnému vstřebávání rostlinami.

Dobrou zprávou je, že když byla analyzována zelenina pěstovaná v simulantu, bylo zjištěno, že je bezpečná ke konzumaci. Těžké kovy byly pod nebezpečnými hladinami ve všech potravinách a v některých případech byly hladiny ještě nižší v regolitu pěstovaném. zeleniny než v zelenině pěstované v běžné zalévací půdě, možná kvůli znečišťujícím látkám, jako jsou výfukové plyny automobilů, které zde kontaminují půdu na Zemi.

Existuje také obava, jak kyselá je půda na Měsíci a Marsu, což by mohlo omezit schopnost rostlin získat přístup k další základní molekule, fosfátu. Novou oblastí výzkumu, o které se uvažuje, je zda přidávání určité druhy hub do regolitu by mohl tento problém vyřešit.

"Můžeme si s sebou vzít na Mars houby, které mohou skutečně růst v horninách a uvolňovat fosfáty," navrhl Wamelink jako budoucí cestu k průzkumu. "Žijí v symbióze s kořeny rostlin."

Problém chloristanů

Snad největší překážkou bezpečného pěstování potravin na Marsu je problém chloristanů, chemických látek nacházejících se v regolitu, které jsou toxické pro lidi i rostliny. Ty jsou tak nebezpečné, že ze zdravotních důvodů nejsou součástí simulačních vzorků.

Nedávný výzkum naznačil, že přítomnost těchto chloristanů v regolitu může být větším problémem, než se dříve tušilo. Když výzkumníci vzali simulant regolitu a přidali chloristan vápenatý v množství podobném množství na Marsu, rostliny v něm nebyly schopny růst, ani když byly přidány další živiny.

To však neznamená, že se musíme vzdát snu o jídle vypěstovaném na Marsu. Andrew Palmer z Floridského technologického institutu, hlavní autor studie, řekl společnosti Digital Trends v e-mailu, že zatímco přítomnost chloristanů na Marsu je výzvou pro potraviny produkce, „nejedná se o porušení dohody“. Mělo by být možné zavést do ekosystému mikroorganismy nebo specifické rostliny, aby se vyčistily toxiny z regolitu v procesu tzv. bioremediace. „Takoví pomocníci jsou běžnými hráči v našich ekosystémech na Zemi. Neexistuje žádný důvod, proč bychom měli ignorovat jejich potenciál přispět k ekosystému, který navrhujeme pro naše marťanské kolonisty,“ řekl.

Další výzkumník zapojený do studií na životaschopnost regolitu pro pěstování plodinLaura Fackrell z University of Georgia se shodla, že chloristany jsou výzvou, ale ne nepřekonatelnou. Navrhla, aby chloristany byly z regolitu čištěny pomocí bakterií, protože existuje mnoho druhů bakterií, které mohou konzumovat nebo degradovat chloristany, z nichž některé se používají pro čištění kontaminované vody zde na Zemi. Ale i zde jsou výzvy. Tato reakce produkuje jak kyslík, tak chlorid – a přestože je chlorid netoxický a může být prospěšný pro růst rostlin, příliš mnoho ho může poškodit nebo dokonce zabít rostliny. Potřebujeme další výzkum, abychom věděli, jaké by byly jeho účinky na život rostlin. "Nemáme dostatek údajů, abychom mohli říci, zda by množství chloridu produkovaného tímto procesem bylo pro rostliny příliš velké, ale je pravděpodobné, že bude," řekla.

Dalším potenciálním řešením by bylo doslova smýt chloristany z regolitu. Chloristany jsou druh soli a jsou rozpustné ve vodě, takže opláchnutí regolitu by je odstranilo. "To by však také mohlo odstranit další živiny, jako jsou dusičnany," varoval Fackrell. Nemluvě o problémech s používáním vzácné vody k tomuto účelu.

Přítomnost chloristanů však není nutně špatná zpráva. Fackrell poukázal na to, že když bakterie konzumují chloristany k čištění půdy, vznikne užitečný vedlejší produkt kyslíku, který by mohl být součástí udržitelného systému pro uspokojení potřeb astronautů: „Perchloritany představují velmi reálnou výzva; představují však také příležitost být přeměněny ve zdroj kyslíku.“

Nastavení systému

Pomáhá přemýšlet o založení zemědělství na Marsu jako o dlouhodobé hře. Cílem není pouze vypěstovat jeden výnos plodin, ale vytvořit udržitelný systém.

První sklizeň je nejtěžší. Jakmile se to stane a bakterie se usadí, může být jakákoli rostlinná hmota, která zbyla z předchozích sklizní, přidána zpět do půdy, což dodává živiny a pomáhá zadržovat vodu. Takže časem se půda stane úrodnější a pohostinnější pro rostliny.

To znamená, že existuje silný impuls k zahájení pokusů o pěstování rostlin, jakmile lidé dorazí na Mars na jakoukoli dobu. „Myslím, že musíte začít od první expedice, abyste začali pěstovat své vlastní jídlo. Jinak to s největší pravděpodobností nebude možné,“ řekl Wamelink. První expedice by si jistě přinesly i své vlastní jídlo, pro případ, že by nastaly problémy s růstem plodin. Ale mohli by začít s procesem, jak udělat půdu použitelnou.

Je také možné zachovat kultivovanou půdu mezi misemi, pokud má vzduch, světlo a teplo. Můžete zasít určité plodiny, jako jsou nejedlé druhy zelí, které lze nechat zúrodnit půdu, když jste pryč. Jde o stejný princip, který farmáři používají ve Wamelinkově domovské zemi Nizozemsku, aby si přes zimu zlepšili půdu.

Další úvahou je, jak se vypořádáte s opylováním rostlin, a to jak pro štědřejší sklizeň, tak pro vytvoření semen pro budoucí plodiny. Mnoho druhů rostlin využívá vítr k přenášení pylu. Ale to znamená, že byste museli nastavit proudění vzduchu v prostředí Marsu, což by nebylo snadné. Existuje však další možnost, a to použití včel.

Včely jsou vynikající opylovače a mohly by být přivezeny ze Země, aby žily v marťanském prostředí. Čmeláčí královny by mohly být potenciálně uvedeny do hibernace na cestu vesmírem a poté vypuštěny, aby se rozšířily kolem pylu.

Mouchy jsou další možností a mají ještě jednu výhodu: larvy much mohou být jedlé a stejně hnusné jako mnoho lidí může být o jejich konzumaci, mohly by poskytnout důležitý zdroj bílkovin pro jinak vegetariány nebo vegany strava.

Vše, co potřebujeme

Navzdory mnoha složitostem pěstování potravin na Marsu je to teoreticky možné. Zbývá ještě doladit mnoho detailů, ale v zásadě bychom tam mohli pěstovat plodiny, pokud si s sebou astronauti přivezou ty správné materiály. "Mám nákupní seznam!" Wamelink vtipkoval.

Jediným omezením, které zdůraznil, bylo, že všechny tyto experimenty byly založeny na simulátoru Marsu, který je v současné době k dispozici, takže výsledky jsou pouze tak přesné, jako je simulant. Otázka chloristanů a toho, jak mohou ovlivnit rostliny i lidi, je otevřená a budoucí mise podobné Mars Sample Return by nám měl pomoci získat větší jistotu ohledně toho, co přesně můžeme od Marsu očekávat životní prostředí.

Nebude to snadné, ale astronauti by si jednoho dne mohli užívat čerstvou zeleninu vypěstovanou na Marsu jako každodenní součást svého jídelníčku. "Abyste to rozjeli, musíte udělat mnoho věcí," varoval Wamelink, "ale my už víme, jak to udělat."

Tento článek je součástí Život na Marsu – 10dílná série, která zkoumá špičkovou vědu a technologii, která lidem umožní okupovat Mars

Doporučení redakce

• Kosmologické dojíždění: Složitá logistika přivádění lidí na Mars
• Zdokonalování pohonu: Jak dostaneme lidi na Mars
• Hrady z písku: Jak vytvoříme stanoviště s marťanskou půdou
• Umělé atmosféry: Jak na Marsu postavíme základnu s dýchatelným vzduchem
• Sklizeň hydratace: Jak budou budoucí osadníci vytvářet a sbírat vodu na Marsu