Astroagrikultur: Bagaimana Kita Menanam Pangan di Mars

Jika kita pernah berharap untuk mengirim orang ke tinggal di Mars untuk waktu yang lama, kita harus menjaga mereka tetap hangat, aman, dan cukup makan. Persyaratan terakhir itu menimbulkan tantangan pada misi yang hanya dapat membawa persediaan dalam jumlah terbatas. Bahkan jika kacang kalengan tidak terlalu berat, tidak ada yang mau hidup darinya untuk misi selama setahun.

Masa depan Mars membutuhkan buah-buahan, sayuran, dan biji-bijian yang baru ditanam. Tapi bagaimana Anda bertani di planet yang beracun dan mematikan seperti Mars? Untuk mendapatkan jawaban, kami berbicara dengan tiga peneliti Mars dari bidang ekologi, geologi, dan biokimia.

Artikel ini adalah bagian dari Kehidupan di Mars – seri 10 bagian yang mengeksplorasi sains dan teknologi mutakhir yang akan memungkinkan manusia menduduki Mars

Kebutuhan dasar

Tumbuhan adalah benda yang kuat, tetapi memiliki beberapa persyaratan penting. Untuk tumbuh dengan baik, mereka membutuhkan kehangatan, tekanan atmosfer yang masuk akal, dan perlindungan dari radiasi berbahaya. Hal-hal itu akan menjadi tantangan untuk disediakan di Mars, kecuali kenyataan bahwa manusia juga membutuhkan semuanya.

Solusi paling sederhana adalah bahwa habitat apa pun yang Anda bangun untuk menampung astronot di Mars juga Anda bangun untuk menampung semua tanaman. Tambahkan beberapa lampu LED sederhana, dan para astronot dapat dengan mudah merawat tanaman mereka saat tumbuh. Menambahkan cahaya harus menangkal efek gravitasi Mars yang lebih rendah karena, bahkan dalam gravitasi nol, tanaman secara alami menumbuhkan akar jauh dari sumber cahaya. Lingkungan tertutup bahkan memiliki keuntungan bahwa Anda dapat mengontrol kondisi seperti suhu dan kelembapan.

Wieger Wamelink, pemulia tanaman dan ahli ekologi di Universitas Wageningen yang merupakan salah satu peneliti terkemuka di bidang pertanian di bulan dan Mars, mengatakan kepada Digital Trends bahwa menanam tanaman di luar angkasa sebenarnya sangat sebanding dengan pertanian kota, gerakan menanam makanan secara efisien di perkotaan pengaturan. Seringkali, hal itu dilakukan dengan menyiapkan lingkungan steril di habitat dalam ruangan dengan lampu LED. Pada prinsipnya, katanya, "itu adalah sesuatu yang dapat Anda lakukan di Mars, atau di gurun jika Anda mau, atau di kota."

Menumbuhkan kehidupan di tanah mati

Namun, penghalang terbesar untuk menanam tanaman di Mars adalah kurangnya sesuatu yang tampaknya sederhana: tanah kuno yang bagus. Tanah di Bumi penuh dengan organisme hidup serta mineral tertentu, seperti fosfor dan kalium, yang digunakan tumbuhan. Mars tidak memiliki tanah — sebaliknya, ia memiliki material mati berdebu yang disebut regolith yang menutupi permukaannya.

Kami tidak tahu detail pasti dari apa regolit ini tersusun, dan mungkin memiliki komposisi yang berbeda di wilayah yang berbeda. Tapi kami memiliki gambaran kasar tentang apa yang ada di dalamnya, yang memungkinkan NASA mengembangkan simulan regolith. Ini pada dasarnya adalah penciptaan kembali tanah Mars berdasarkan pengetahuan kita saat ini tentang permukaan planet.

Itu berarti Anda dapat bereksperimen dengan "tanah" Mars di Bumi ini. Meskipun simulannya tidak murah, itu benar tersedia untuk dibeli untuk tujuan penelitian. Sekitar satu dekade yang lalu, Wamelink bertanya-tanya apakah simulan dapat digunakan untuk bercocok tanam dan melihat ke dalam subjek. "Apa yang saya temukan," katanya, "sangat mengejutkan saya, saya harus mengatakan, tidak ada yang pernah mencoba itu."

Jadi dia mulai menanam benih di tanah Mars, bulan, dan Bumi untuk membandingkan pertumbuhannya. Dalam percobaan pertamanya, Wamelink berharap tanaman akan berjuang di Mars secara bersamaan. “Ini tanah yang sangat miskin unsur hara,” jelasnya. Tidak ada bahan organik di dalamnya, dan mengandung logam berat yang dapat mencegah tanaman berkecambah. “Ekspektasi saya sangat rendah,” katanya.

Timnya menanam 4.200 benih dari 14 spesies berbeda, berharap sebagian besar akan mati. Namun hasilnya sangat berbeda dengan prediksi para peneliti. Hampir semua benih berkecambah — beberapa di antaranya dalam waktu 24 jam. Ini sebenarnya menimbulkan masalah, kata Wamelink sambil tertawa, karena tim tiba-tiba harus merawat tanaman besar lebih dari 4.000 tanaman.

Tanaman membutuhkan banyak penyiraman dengan hati-hati karena regolith bersifat hidrofobik, artinya tidak menyerap banyak kelembapan. Jadi petani Mars di masa depan akan membutuhkannya banyak air agar tanaman mereka tetap tumbuh.

Dan sementara tanaman itu tumbuh di Mars regolith simulant, tingginya hanya beberapa sentimeter dan tidak menghasilkan apa pun yang bisa dimakan. Agar tanaman tumbuh hingga ukuran penuh dan menghasilkan sayuran, Anda perlu menambahkan nutrisi.

Pemupukan tanah

Komponen kunci yang hilang dari tanah Mars sejauh menyangkut tanaman adalah bahan organik. Bahan organik adalah sumber nutrisi yang sangat penting ketika dipecah oleh bakteri, yang berarti kita juga perlu menambahkan bakteri ke daerah pertumbuhan di masa depan.

Untungnya, sebagai koloni mikroba yang berjalan, manusia penuh dengan bakteri. Jadi, meskipun ini adalah konsep yang agak tidak menyenangkan, kami memiliki cara untuk mendapatkannya. Metode yang paling efisien adalah mengawetkan urin dan feses yang dihasilkan oleh astronot dalam perjalanan selama berbulan-bulan ke Mars, lalu menambahkannya ke regolith untuk menumbuhkan bakteri. Jika Anda pernah melihat filmnya Mars, di mana astronot yang hilang Mark Watney menanam kentang di tanah Mars dengan kotorannya dan rekan-rekannya, itu adalah konsep yang sama. Namun, agar semua orang tetap sehat, Anda perlu mengambil langkah-langkah untuk membunuh semua patogen yang dapat ditularkan melalui kotoran manusia.

Anda dapat membantu sepanjang proses mencerna bahan organik dan mendaur ulangnya ke dalam tanah dengan memasukkan cacing. Bahkan di Mars, cacing tanah adalah sahabat tukang kebun, karena mereka mencerna bahan organik dan menghasilkan pupuk bersama dengan menggali terowongan yang menyediakan aerasi penting dan retensi air untuk tanaman akar untuk tumbuh. “Saya pikir mereka penting untuk sistem yang baik,” kata Wamelink. Ditambah lagi, telur cacing bisa disimpan dalam waktu lama, sehingga berpotensi diangkut ke Mars.

Setelah regolit Mars Anda diperkaya dengan nutrisi, bahan organik, bakteri, dan cacing, Anda dapat mulai menanam benih. Benih dapat dibawa dari Bumi tanpa terlalu banyak kesulitan karena kecil dan ringan.

Penghuni Mars di masa depan mungkin memiliki pilihan makanan yang lebih bervariasi dari yang Anda bayangkan. Wamelink memberi tahu saya bahwa semua jenis tanaman yang dapat dimakan dapat tumbuh dalam simulasi regolith Mars. Jadi sementara sistem hidroponik digunakan di tempat-tempat seperti Stasiun Luar Angkasa Internasional, di mana tanaman ditanam bukan di tanah melainkan di tanah tersuspensi dalam larutan nutrisi, lebih cocok untuk menanam sayuran hijau daripada sayuran bertepung, Anda bisa tumbuh secara praktis apapun di dalam tanah. Simulan regolith Mars telah digunakan untuk menanam kentang, kacang hijau, tomat, wortel, lobak, gandum, gandum hitam, dan banyak lagi.

Menyingkirkan yang jahat

Salah satu kekhawatiran tentang keamanan tanah Mars adalah adanya logam berat yang berbahaya. “Bukan hanya seng, yang kita butuhkan sedikit, tetapi juga kadmium, timbal, merkuri – semua hal yang tidak Anda inginkan dalam makanan Anda,” kata Wamelink.

Namun, itu belum tentu masalah besar seperti yang Anda pikirkan. “Itu tidak terlalu berbeda dengan Bumi,” katanya, karena logam berat juga dapat ditemukan di tanah kita. Masalahnya adalah apakah logam berat ini terikat sedemikian rupa sehingga mencegahnya terlepas ke dalam tanah dan selanjutnya diserap oleh tanaman.

Kabar baiknya adalah ketika sayuran yang ditanam dalam simulasi dianalisis, ternyata aman untuk dimakan. Logam berat berada di bawah tingkat berbahaya di semua makanan, dan dalam beberapa kasus, tingkatnya bahkan lebih rendah pada tanaman yang ditumbuhkan regolith. sayuran daripada sayuran yang ditanam di tanah pot biasa, mungkin karena polutan seperti knalpot mobil mencemari tanah di sini di dunia.

Ada juga kekhawatiran tentang seberapa asam tanah di bulan dan Mars, yang dapat membatasi kemampuan tanaman untuk mengakses molekul penting lainnya, fosfat. Bidang penelitian baru yang sedang dipertimbangkan adalah apakah menambahkan jenis jamur tertentu ke regolith bisa memecahkan masalah ini.

“Kita bisa membawa jamur ke Mars yang sebenarnya bisa tumbuh di bebatuan dan melepaskan fosfat,” saran Wamelink sebagai jalan eksplorasi di masa depan. “Mereka hidup bersimbiosis dengan akar tanaman.”

Masalah perklorat

Mungkin penghalang terbesar untuk menanam makanan dengan aman di Mars adalah masalah perklorat, bahan kimia yang ditemukan di regolith yang beracun bagi manusia dan tumbuhan. Ini sangat berbahaya sehingga tidak disertakan dalam sampel simulan karena alasan kesehatan.

Penelitian terbaru telah menyarankan bahwa keberadaan perklorat ini di regolith mungkin lebih menjadi masalah daripada yang disadari sebelumnya. Ketika peneliti mengambil simulan regolith dan menambahkan kalsium perklorat dalam jumlah yang mirip dengan yang ditemukan di Mars, tanaman tidak dapat tumbuh di dalamnya bahkan ketika ditambahkan nutrisi tambahan.

Itu tidak berarti kita harus menyerah pada mimpi tentang makanan yang tumbuh di Mars. Andrew Palmer dari Florida Institute of Technology, penulis senior studi tersebut, mengatakan kepada Digital Trends melalui email bahwa keberadaan perklorat di Mars merupakan tantangan bagi makanan. produksi, "itu bukan pemecah kesepakatan." Mikroorganisme atau tanaman tertentu harus dimasukkan ke dalam ekosistem untuk membersihkan racun dari regolith dalam proses yang disebut bioremediasi. “Pembantu seperti itu adalah pemain umum dalam ekosistem kita di Bumi. Tidak ada alasan kita harus mengabaikan potensi mereka untuk berkontribusi pada ekosistem yang kita rancang untuk koloni Mars kita,” katanya.

Peneliti lain yang terlibat dalam studi tentang kelangsungan hidup regolith untuk menanam tanaman, Laura Fackrell dari University of Georgia, setuju bahwa perklorat merupakan tantangan tetapi bukan tantangan yang tidak dapat diatasi. Dia menyarankan perklorat dapat dibersihkan dari regolith menggunakan bakteri, karena ada banyak spesies bakteri yang dapat mengkonsumsi atau mendegradasi perklorat, beberapa di antaranya digunakan untuk membersihkan air yang terkontaminasi di Bumi ini. Tapi ada tantangan di sini juga. Reaksi ini menghasilkan oksigen dan klorida — dan meskipun klorida tidak beracun dan bermanfaat bagi pertumbuhan tanaman, terlalu banyak dapat membahayakan atau bahkan membunuh tanaman. Kami membutuhkan lebih banyak penelitian untuk mengetahui apa pengaruhnya terhadap kehidupan tumbuhan. “Kami tidak memiliki data yang cukup untuk mengatakan jika jumlah klorida yang dihasilkan oleh proses ini terlalu banyak untuk tanaman, tetapi kemungkinan besar demikian,” katanya.

Solusi potensial lainnya adalah dengan benar-benar mencuci perklorat dari regolith. Perklorat adalah sejenis garam dan larut dalam air, jadi membilas regolith akan menghilangkannya. “Namun, ini juga dapat menghilangkan nutrisi lain seperti nitrat,” Fackrell memperingatkan. Belum lagi masalah penggunaan air yang berharga untuk tujuan ini.

Kehadiran perklorat belum tentu merupakan berita buruk. Fackrell menunjukkan bahwa membiarkan bakteri mengkonsumsi perklorat untuk membersihkan tanah akan menghasilkan produk sampingan yang bermanfaat oksigen, yang dapat menjadi bagian dari sistem yang berkelanjutan untuk memenuhi kebutuhan astronot: “Perklorat sangat nyata tantangan; namun, mereka juga memberikan kesempatan untuk diubah menjadi sumber oksigen.”

Menyiapkan sistem

Sangat membantu untuk berpikir tentang menyiapkan pertanian di Mars sebagai permainan jangka panjang. Tujuannya bukan hanya untuk menumbuhkan satu hasil panen tetapi untuk membangun sistem yang berkelanjutan.

Panen pertama adalah yang paling sulit. Setelah selesai dan bakteri terbentuk, materi tanaman yang tersisa dari panen sebelumnya dapat ditambahkan kembali ke tanah, yang menambah nutrisi dan membantu menahan air. Sehingga lama kelamaan tanah akan menjadi lebih subur dan lebih ramah bagi tanaman.

Itu berarti ada dorongan kuat untuk memulai upaya menanam tanaman segera setelah manusia tiba di Mars untuk waktu yang lama. “Saya pikir Anda harus memulai dari ekspedisi pertama untuk mulai menanam makanan Anda sendiri. Jika tidak, kemungkinan besar tidak akan mungkin dilakukan,” kata Wamelink. Ekspedisi awal pasti akan membawa makanan mereka sendiri juga, kalau-kalau ada masalah dengan pertumbuhan tanaman. Tapi mereka bisa memulai proses membuat tanah bisa digunakan.

Dimungkinkan juga untuk melestarikan tanah yang dibudidayakan di antara misi selama memiliki udara, cahaya, dan kehangatan. Anda dapat menabur tanaman tertentu seperti jenis kol yang tidak dapat dimakan, yang dapat dibiarkan menyuburkan tanah saat Anda pergi. Ini adalah prinsip yang sama yang digunakan petani di negara asal Wamelink di Belanda untuk memperbaiki tanah mereka selama musim dingin.

Pertimbangan lain adalah bagaimana Anda menangani penyerbukan tanaman, baik untuk panen yang lebih banyak maupun untuk menghasilkan benih untuk tanaman di masa depan. Banyak spesies tanaman menggunakan angin untuk membawa serbuk sari mereka. Tapi itu berarti Anda perlu menyiapkan aliran udara di habitat Mars, yang tidak mudah. Ada pilihan lain, yaitu menggunakan lebah.

Lebah adalah penyerbuk yang sangat baik dan dapat dibawa dari Bumi untuk hidup di habitat Mars. Ratu Bumblebee berpotensi dimasukkan ke dalam hibernasi untuk perjalanan luar angkasa dan kemudian dilepaskan untuk menyebar di sekitar serbuk sari.

Lalat adalah pilihan lain, dan mereka memiliki keuntungan lain: Larva lalat dapat dimakan, dan sama menjijikkannya dengan banyak orang. mungkin tentang memakannya, mereka dapat menyediakan sumber protein penting bagi vegetarian atau vegan diet.

Semua yang kami butuhkan

Terlepas dari banyak kerumitan menanam makanan di Mars, secara teori hal itu mungkin. Masih banyak detail yang harus dikerjakan, tetapi pada prinsipnya kita mungkin bisa bercocok tanam di sana selama astronot membawa bahan yang tepat. "Saya punya daftar belanja!" Wamelink bercanda.

Satu-satunya batasan yang dia tekankan adalah bahwa semua eksperimen ini didasarkan pada simulasi Mars yang tersedia saat ini, sehingga hasilnya hanya seakurat simulasi tersebut. Masalah perklorat dan bagaimana pengaruhnya terhadap tumbuhan dan manusia adalah masalah terbuka, dan seperti misi di masa depan Pengembalian Sampel Mars akan membantu kita menjadi lebih yakin tentang apa yang dapat kita harapkan dari Mars lingkungan.

Ini tidak akan mudah, tetapi suatu hari para astronot dapat menikmati sayuran segar yang ditanam di Mars sebagai bagian sehari-hari dari makanan mereka. “Anda harus melakukan banyak hal untuk mewujudkannya,” Wamelink memperingatkan, “tetapi kami sekarang tahu bagaimana melakukannya.”

Artikel ini adalah bagian dari Kehidupan di Mars – seri 10 bagian yang mengeksplorasi sains dan teknologi mutakhir yang akan memungkinkan manusia menduduki Mars

Rekomendasi Editor

• Perjalanan kosmologis: Logistik rumit untuk menempatkan orang di Mars
• Menyempurnakan daya dorong: Bagaimana kita membawa manusia ke Mars
• Kastil yang terbuat dari pasir: Bagaimana kita akan membuat habitat dengan tanah Mars
• Atmosfer buatan: Bagaimana kita akan membangun pangkalan dengan udara yang dapat bernapas di Mars
• Memanen hidrasi: Bagaimana pemukim masa depan akan membuat dan mengumpulkan air di Mars