Astromaatalous: Kuinka kasvatamme ruokaa Marsissa

Jos koskaan toivomme voivamme lähettää ihmisiä elää Marsissa pitkiä aikoja, meidän on pidettävä ne lämpiminä, turvallisina ja hyvin ruokittuina. Tämä viimeinen vaatimus asettaa haasteen tehtävässä, joka voi kuljettaa vain rajoitetun määrän tarvikkeita. Vaikka purkitetut pavut eivät olisikaan niin raskaita, kukaan ei halua elää niillä vuoden mittaista tehtävää varten.

Mars-asumisen tulevaisuus vaatii juuri kasvatettuja hedelmiä, vihanneksia ja jyviä. Mutta kuinka viljellä myrkyllisellä, tappavalla planeetalla, kuten Mars? Saadaksemme vastauksen keskustelimme kolmen Mars-tutkijan kanssa ekologian, geologian ja biokemian aloilta.

Tämä artikkeli on osa Elämä Marsissa – 10-osainen sarja, joka tutkii uusinta tiedettä ja teknologiaa, jonka avulla ihmiset voivat miehittää Marsin

Perusasiat

Kasvit ovat kestäviä asioita, mutta niillä on joitain olennaisia ​​​​vaatimuksia. Hyvin kasvaakseen ne tarvitsevat lämpöä, kohtuullista ilmanpainetta ja suojaa haitallisilta säteilyltä. Nämä asiat olisivat haasteellisia Marsissa, paitsi että ihmiset tarvitsevat niitä kaikkia.

Yksinkertaisin ratkaisu olisi, että minkä tahansa elinympäristön rakennat astronautien majoittamiseksi Marsiin, rakennat myös kaiken sadon. Lisää yksinkertaisia ​​LED-valoja, niin astronautit voivat helposti hoitaa kasvejaan niiden kasvaessa. Valojen lisäämisen pitäisi ehkäistä Marsin alemman painovoiman vaikutuksia, koska jopa nollapainovoimassa kasvit kasvattavat juurensa luonnollisesti pois valonlähteistä. Suljetussa ympäristössä on jopa se etu, että voit hallita olosuhteita, kuten lämpötilaa ja kosteutta.

Wieger Wamelink, kasvinjalostaja ja ekologi Wageningenin yliopistosta, joka on yksi johtavista kuun ja Marsin maatalouden tutkijoista, kertoi Digital Trendsille, että kasvien kasvattaminen avaruudessa on itse asiassa hyvin verrattavissa kaupunkimaatalouteen, elintarvikkeiden tehokkaaseen kasvattamiseen kaupungeissa. asetukset. Usein tämä saavutetaan luomalla steriilejä ympäristöjä sisätiloihin LED-valoilla. Periaatteessa hän sanoi: "Se on jotain, mitä voit tehdä Marsissa tai autiomaassa, jos haluat, tai kaupungissa."

Viljellään elämää kuolleessa maassa

Suurin este sadon kasvattamiselle Marsissa on kuitenkin jonkin näennäisen yksinkertaisen puute: hyvän vanhanaikainen lika. Maapallon maaperä on täynnä eläviä organismeja sekä tiettyjä mineraaleja, kuten fosforia ja kaliumia, joita kasvit käyttävät. Marsissa ei ole maaperää – sen sijaan sen pintaa peittää kuollut, pölyinen materiaali, nimeltään regolith.

Emme tiedä tarkkoja yksityiskohtia siitä, mistä tämä regoliitti koostuu, ja sillä voi olla erilaisia ​​koostumuksia eri alueilla. Mutta meillä on karkea käsitys siitä, mitä siinä on, mikä on antanut NASAlle mahdollisuuden kehittää regolittisimulantin. Tämä on pohjimmiltaan Marsin maaperän uudelleenluomista, joka perustuu nykyiseen tietämyksemme planeetan pinnasta.

Tämä tarkoittaa, että voit kokeilla Marsin "maaperää" täällä maan päällä. Vaikka simulantti ei ole halpa, se on ostettavissa tutkimustarkoituksiin. Noin vuosikymmen sitten Wamelink pohti, voitaisiinko simulanttia käyttää sadon kasvattamiseen, ja tutki aihetta. "Se mitä sain selville", hän sanoi, "yllätyksekseni minun on sanottava, ettei kukaan ole koskaan kokeillut sitä."

Joten hän aloitti siementen kylväminen Marsin, kuun ja maan maaperään vertailla niiden kasvua. Wamelink odotti ensimmäisissä kokeissaan kasvien kamppailevan Marsin simulantissa. "Se on erittäin ravinneköyhä maaperä", hän selitti. Siinä ei ole orgaanista ainetta, ja se sisältää raskasmetalleja, jotka voivat estää kasvien itämistä. "Odotukseni olivat erittäin alhaiset", hän sanoi.

Hänen tiiminsä istutti 4 200 siementä 14 eri lajista ja odotti useimpien niistä kuolevan. Mutta tulokset olivat hyvin erilaisia ​​kuin mitä tutkijat ennustivat. Lähes kaikki siemenet itävät - osa niistä 24 tunnin sisällä. Tämä itse asiassa aiheutti ongelmia, Wamelink sanoi nauraen, koska tiimin täytyi yhtäkkiä hoitaa valtava yli 4 000 kasvin sato.

Kasvit vaativat paljon huolellista kastelua, koska regoliitti on hydrofobinen, eli se ei ime paljon kosteutta. Joten tulevat Marsin maanviljelijät tarvitsevat paljon vettä pitääkseen satonsa kasvamassa.

Ja vaikka kasvit kasvoivatkin Marsin regoliittisimulantissa, ne saavuttivat vain muutaman senttimetrin korkeuden eivätkä tuottaneet mitään syötävää. Jotta kasvit kasvaisivat täysikokoisiksi ja tuottaisivat vihanneksia, sinun on lisättävä ravinteita.

Maaperän lannoitus

Avaintekijä, joka Marsin maaperästä puuttuu kasveilta, on orgaaninen aines. Orgaaninen aines on erityisen tärkeä ravinteiden lähde bakteerien hajottaessaan, joten meidän on lisättävä bakteereja myös tuleville kasvualueille.

Onneksi ihmiset ovat käveleviä mikrobipesäkkeitä täynnä bakteereja. Joten vaikka se on melko epämiellyttävä käsite, meillä on tapa hankkia ne. Tehokkain tapa olisi säilyttää astronautien kuukausien mittaisella Mars-matkallaan tuottamat virtsa ja ulosteet ja lisätä se sitten regoliittiin bakteerien viljelyä varten. Jos olet nähnyt elokuvan Marsilainen, jossa kadonnut astronautti Mark Watney kasvattaa perunoita Marsin maaperässä hänen ja miehistönsä jätevesien kanssa, se on sama konsepti. Jotta kaikki pysyisivät terveinä, sinun on kuitenkin ryhdyttävä toimiin tappaaksesi kaikki taudinaiheuttajat, jotka voivat tarttua ihmisjätteen kautta.

Voit auttaa orgaanisen aineksen sulatuksessa ja kierrättämisessä maaperään tuomalla matoja. Jopa Marsissa lierot ovat puutarhurin paras ystävä, koska ne sulattavat orgaanista ainesta ja tuottavat lannoite sekä kaivutunnelit, jotka tarjoavat kasville tärkeän ilmanvaihdon ja vedenpidätyskyvyn juuret kasvamaan. "Mielestäni ne ovat välttämättömiä hyvälle järjestelmälle", Wamelink sanoi. Lisäksi madon munia voidaan säilyttää pitkään, mikä tekee niistä mahdollisesti kuljetettavissa Marsiin.

Kun Mars-regoliittisi on rikastettu ravinteilla, orgaanisella aineella, bakteereilla ja matoilla, voit aloittaa siementen kylvämisen. Siemenet voidaan tuoda maasta ilman liikaa vaivaa, koska ne ovat pieniä ja kevyitä.

Tulevilla Mars-asukkailla voi olla monipuolisempi ruokavaliovalikoima kuin kuvittelet. Wamelink kertoo minulle, että kaikenlaisia ​​syötäviä kasveja voi kasvaa Marsin regoliittisimulantissa. Joten vaikka hydroponisia järjestelmiä käytetään paikoissa, kuten Kansainvälinen avaruusasema, jossa kasveja ei kasvateta maaperässä vaan ravinneliuokseen suspendoituna, soveltuvat paremmin lehtivihanneksien viljelyyn kuin tärkkelyspitoisten vihannesten viljelyyn, voit kasvattaa käytännössä mitä tahansa maaperässä. Mars regolith -simulanttia on käytetty perunoiden, vihreiden papujen, tomaattien, porkkanoiden, retiiseiden, vehnän, rukiin ja muiden kasvattamiseen.

Häijistä eroon pääseminen

Yksi Marsin maaperän turvallisuutta koskevista huolenaiheista on vaarallisten raskasmetallien läsnäolo. "Se ei ole vain sinkkiä, jota tarvitsemme vähän, vaan myös kadmiumia, lyijyä, elohopeaa - kaikkea mitä et halua ruokaan", Wamelink sanoi.

Se ei kuitenkaan välttämättä ole niin suuri ongelma kuin luulet. "Se ei todellakaan eroa maapallosta", hän huomautti, koska myös maaperästämme löytyy raskasmetalleja. Kysymys on siitä, ovatko nämä raskasmetallit sitoutuneet tavalla, joka estää niiden vapautumisen maaperään ja sen jälkeen kasvien imeytymisen.

Hyvä uutinen on, että kun simulantissa kasvatettuja vihanneksia analysoitiin, niiden todettiin olevan turvallisia syödä. Raskasmetallit olivat vaarallisen tason alapuolella kaikessa ruoassa, ja joissain tapauksissa pitoisuudet olivat jopa alhaisempia regoliittikasveissa. vihanneksia kuin tavallisessa istutusmaassa kasvatetuissa vihanneksissa, ehkä johtuen epäpuhtauksista, kuten auton pakokaasut, jotka saastuttavat maaperää täällä maan päällä.

On myös huolestuttavaa kuun ja Marsin maaperän happamuudesta, mikä voi rajoittaa kasvien kykyä päästä käsiksi toiselle välttämättömälle molekyylille, fosfaatille. Uutena pohdittavana tutkimusalueena on lisääminen tietyntyyppisiä sieniä että regolith voisi ratkaista tämän ongelman.

"Voimme viedä Marsiin sieniä, jotka voivat kasvaa itse asiassa kivissä ja vapauttaa fosfaatteja", Wamelink ehdotti tulevaisuuden tutkimusreittiä. "Ne elävät symbioosissa kasvien juurien kanssa."

Perkloraattien ongelma

Ehkä suurin este ruoan turvalliselle kasvattamiselle Marsissa on perkloraatit, regolitista löytyvät kemikaalit, jotka ovat myrkyllisiä sekä ihmisille että kasveille. Nämä ovat niin vaarallisia, että niitä ei terveydellisistä syistä sisällytetä simulanttinäytteisiin.

Viimeaikainen tutkimus on ehdottanut, että näiden perkloraattien esiintyminen regoliitissa saattaa olla suurempi ongelma kuin aiemmin on tajuttu. Kun tutkijat ottivat regoliittisimulanttia ja lisäsivät kalsiumperkloraattia samanlaisina määrinä kuin Marsissa, kasvit eivät kyenneet kasvamaan siinä, vaikka lisäravinteita lisättiin.

Se ei kuitenkaan tarkoita, että meidän pitäisi luopua unelmasta Marsissa kasvatetusta ruoasta. Andrew Palmer Florida Institute of Technologysta, tutkimuksen vanhempi kirjoittaja, kertoi Digital Trendsille sähköpostissa, että vaikka perkloraattien esiintyminen Marsissa on haaste ruoalle. tuotantoa, "se ei ole sopimuksen katkaisija". Pitäisi olla mahdollista tuoda mikro-organismeja tai tiettyjä kasveja ekosysteemiin puhdistamaan myrkkyjä regoliitista ns. bioparannus. ”Tällaiset auttajat ovat tavallisia toimijoita maapallon ekosysteemeissämme. Ei ole mitään syytä jättää huomioimatta heidän mahdollisuuksiaan edistää ekosysteemiä, jota suunnittelemme Marsin siirtokuntia varten", hän sanoi.

Toinen tutkija, joka osallistui tutkimuksiin regolitin elinkelpoisuus viljelykasvien viljelyssäLaura Fackrell Georgian yliopistosta oli samaa mieltä siitä, että perkloraatit olivat haaste, mutta ei ylitsepääsemätön. Hän ehdotti, että perkloraatit voitaisiin puhdistaa regoliitista bakteereilla, koska on olemassa useita bakteerilajeja, jotka voivat kuluttaa tai hajottaa perkloraatteja, joista osa käytetään saastuneen veden puhdistaminen täällä maan päällä. Mutta tässäkin on haasteita. Tämä reaktio tuottaa sekä happea että kloridia - ja vaikka kloridi ei ole myrkyllinen ja voi olla hyödyllistä kasvien kasvulle, liian suuri osa siitä voi vahingoittaa tai jopa tappaa kasveja. Tarvitsemme lisää tutkimusta tietääksemme, mitä vaikutuksia sillä olisi kasveihin. "Meillä ei ole tarpeeksi tietoa sanoaksemme, olisiko tämän prosessin tuottaman kloridin määrä liikaa kasveille, mutta todennäköisesti se on", hän sanoi.

Toinen mahdollinen ratkaisu olisi pestä perkloraatit kirjaimellisesti pois regolitista. Perkloraatit ovat eräänlainen suola ja liukenevat veteen, joten regolitin huuhtelu poistaisi ne. "Tämä saattaa kuitenkin myös poistaa muita ravintoaineita, kuten nitraatteja", Fackrell varoitti. Puhumattakaan ongelmista, jotka liittyvät arvokkaan veden käyttöön tähän tarkoitukseen.

Perkloraattien läsnäolo ei kuitenkaan välttämättä ole huono uutinen. Fackrell huomautti, että se, että bakteerit kuluttavat perkloraatteja maaperän puhdistamiseen, tuottaisivat hyödyllisiä sivutuotteita happi, joka voisi olla osa kestävää järjestelmää astronautien tarpeiden täyttämiseksi: "Perkloraatit edustavat hyvin todellista haaste; Ne tarjoavat kuitenkin myös mahdollisuuden muuttua hapen resurssiksi."

Järjestelmän perustaminen

Se auttaa ajattelemaan maatalouden järjestämistä Marsiin pitkän aikavälin pelinä. Tavoitteena ei ole vain yhden sadon kasvattaminen, vaan kestävän järjestelmän luominen.

Ensimmäinen sato on vaikein. Kun tämä on tehty ja bakteerit ovat vakiintuneet, kaikki aikaisemmista sadoista jääneet kasviaineet voidaan lisätä takaisin maaperään, mikä sekä lisää ravinteita että auttaa pidättämään vettä. Joten ajan myötä maaperästä tulee hedelmällisempää ja vieraanvaraisempi kasveille.

Tämä tarkoittaa, että on vahva sysäys aloittaa kasvien kasvattaminen heti, kun ihmiset saapuvat Marsiin pitkäksi aikaa. ”Mielestäni sinun on aloitettava ensimmäisestä tutkimusmatkasta, jotta voit aloittaa oman ruoan kasvattamisen. Muuten se ei todennäköisesti ole mahdollista, Wamelink sanoi. Varhaiset tutkimusmatkat toivat varmasti myös omaa ruokaa, jos sadon kasvussa oli ongelmia. Mutta he voisivat aloittaa prosessin maaperän tekemiseksi käyttökelpoiseksi.

On myös mahdollista säilyttää viljelty maaperä tehtävien välillä, kunhan siinä on ilmaa, valoa ja lämpöä. Voit kylvää tiettyjä kasveja, kuten syötäväksi kelpaamattomia kaalityyppejä, jotka voidaan jättää lannoittamaan maaperää, kun olet poissa. Tämä on sama periaate, jota maanviljelijät käyttävät Wamelinkin kotimaassa Hollannissa parantaakseen maaperäään talven aikana.

Toinen näkökohta on, miten käsittelet kasvien pölytystä sekä runsaamman sadon saavuttamiseksi että siementen luomiseksi tulevia satoja varten. Monet kasvilajit käyttävät tuulta siitepölynsä kuljettamiseen. Mutta tämä tarkoittaa, että sinun on asetettava ilmavirta Marsin elinympäristöön, mikä ei olisi helppoa. On kuitenkin toinen vaihtoehto, joka on mehiläisten käyttö.

Mehiläiset ovat erinomaisia ​​pölyttäjiä, ja ne voidaan tuoda maapallolta asumaan Marsin elinympäristöön. Kimalaisten kuningattaret voitaisiin mahdollisesti laittaa lepotilaan avaruusmatkaa varten ja sitten vapauttaa leviämään siitepölyn ympärille.

Kärpäset ovat toinen vaihtoehto, ja niillä on toinen etu: kärpäsen toukat voivat olla syötäviä ja yhtä kivoja kuin monet ihmiset voi olla kyse niiden syömisestä, ne voivat olla tärkeä proteiinilähde muuten kasvissyöjälle tai vegaanille ruokavalio.

Kaikki mitä tarvitsemme

Huolimatta monista monimutkaisista ruuan kasvattamisesta Marsissa, se on teoriassa mahdollista. Monia yksityiskohtia on vielä selvittämättä, mutta periaatteessa saatamme pystyä kasvattamaan siellä satoa niin kauan kuin astronautit tuovat mukanaan oikeat materiaalit. "Minulla on ostoslista!" Wamelink vitsaili.

Yksi rajoitus, jota hän painotti, oli se, että kaikki nämä kokeet ovat perustuneet tällä hetkellä saatavilla olevaan Mars-simulanttiin, joten tulokset ovat vain yhtä tarkkoja kuin simulantti on. Perkloraattikysymys ja se, miten ne voivat vaikuttaa sekä kasveihin että ihmisiin, on avoin kysymys, ja tulevaisuuden tehtävät, kuten Marsin näytepalautuksen pitäisi auttaa meitä tulemaan varmemmaksi siitä, mitä voimme odottaa Marsilta ympäristöön.

Se ei tule olemaan helppoa, mutta astronautit voisivat jonain päivänä nauttia tuoreista, Marsissa kasvatetuista vihanneksista päivittäisenä osana ruokavaliotaan. "Sinun on tehtävä monia asioita saadaksesi sen käyntiin", Wamelink varoitti, "mutta nyt tiedämme, miten se tehdään."

Tämä artikkeli on osa Elämä Marsissa – 10-osainen sarja, joka tutkii uusinta tiedettä ja teknologiaa, jonka avulla ihmiset voivat miehittää Marsin

Toimittajien suositukset

• Kosmologinen työmatka: Hankala logistiikka ihmisten saattamiseksi Marsiin
• Propulsion parantaminen: Miten saamme ihmiset Marsiin
• Hiekasta tehdyt linnat: Kuinka teemme elinympäristöjä Marsin maaperästä
• Keinotekoiset ilmakehät: Kuinka rakennamme tukikohdan hengittävällä ilmalla Marsiin
• Nesteytys: kuinka tulevat uudisasukkaat luovat ja keräävät vettä Marsiin