Astroagriculture: Bagaimana Kita Menanam Pangan di Mars

Jika kita berharap untuk mengirim orang ke sana tinggal di Mars untuk jangka waktu yang lama, kita perlu menjaga mereka tetap hangat, aman, dan cukup makan. Persyaratan terakhir tersebut menimbulkan tantangan pada misi yang hanya dapat membawa persediaan dalam jumlah terbatas. Meskipun kacang kalengan tidak terlalu berat, tidak ada yang mau hidup dari kacang kalengan untuk misi selama setahun.

Masa depan tempat tinggal Mars membutuhkan buah-buahan, sayuran, dan biji-bijian segar. Tapi bagaimana cara bertani di planet beracun dan mematikan seperti Mars? Untuk mendapatkan jawabannya, 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 memungkinkan manusia menempati Mars

Hal-hal mendasar yang penting

Tanaman adalah tanaman yang kuat, tetapi mereka mempunyai beberapa persyaratan penting. Untuk tumbuh dengan baik, mereka membutuhkan kehangatan, tekanan atmosfer yang wajar, dan perlindungan dari radiasi berbahaya. Hal-hal tersebut akan menjadi tantangan untuk disediakan di Mars, kecuali kenyataan bahwa manusia juga membutuhkan semuanya.

Solusi paling sederhana adalah habitat apa pun yang Anda bangun untuk menampung astronot di Mars, Anda juga membangun untuk menampung semua tanaman. Tambahkan beberapa lampu LED sederhana, dan para astronot dapat dengan mudah merawat tanaman mereka seiring pertumbuhannya. Menambahkan lampu akan menangkal dampak gravitasi Mars yang lebih rendah karena, bahkan dalam kondisi gravitasi nol, tanaman secara alami menumbuhkan akar jauh dari sumber cahaya. Lingkungan yang tertutup bahkan memiliki keuntungan karena 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 mirip dengan pertanian perkotaan, yaitu gerakan menanam pangan secara efisien di perkotaan pengaturan. Seringkali, hal ini 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.”

Mengolah kehidupan di tanah mati

Namun, hambatan terbesar dalam bercocok tanam di Mars adalah kurangnya sesuatu yang tampaknya sederhana: Tanah yang bagus dan kuno. Tanah di Bumi penuh dengan organisme hidup serta mineral tertentu, seperti fosfor dan kalium, yang digunakan tanaman. Mars tidak memiliki tanah, melainkan terdapat material mati dan berdebu yang disebut regolith yang menutupi permukaannya.

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

Artinya, Anda dapat bereksperimen dengan “tanah” Mars di Bumi. Meskipun simulasinya tidak murah, namun tetap murah tersedia untuk dibeli untuk tujuan penelitian. Sekitar satu dekade yang lalu, Wamelink bertanya-tanya apakah simulasi tersebut dapat digunakan untuk bercocok tanam dan mempelajari subjeknya. “Apa yang saya temukan,” katanya, “yang sangat mengejutkan saya, adalah tidak ada seorang pun yang pernah mencobanya.”

Jadi dia memulai menanam benih di tanah Mars, bulan, dan Bumi untuk membandingkan pertumbuhan mereka. Dalam percobaan pertamanya, Wamelink memperkirakan tanaman akan kesulitan dalam simulasi Mars. “Ini adalah tanah yang sangat miskin unsur hara,” jelasnya. Tidak mengandung bahan organik, dan mengandung logam berat yang dapat mencegah tanaman berkecambah. “Ekspektasi saya sangat rendah,” katanya.

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

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

Meskipun tanaman tersebut tumbuh di simulasi regolit Mars, tingginya hanya beberapa sentimeter dan tidak menghasilkan apa pun yang dapat dimakan. Agar tanaman dapat tumbuh besar dan menghasilkan sayuran, Anda perlu menambahkan unsur hara.

Pemupukan tanah

Komponen utama yang tidak dimiliki tanah Mars dalam kaitannya dengan tanaman adalah bahan organik. Bahan organik merupakan sumber nutrisi yang sangat penting ketika diuraikan oleh bakteri, yang berarti kita juga perlu menambahkan bakteri ke wilayah pertumbuhan di masa depan.

Untungnya, sebagai koloni mikroba yang berjalan, manusia dipenuhi bakteri. Jadi, meskipun ini konsep yang tidak menyenangkan, kami punya cara untuk mendapatkannya. Metode yang paling efisien adalah dengan mengawetkan urin dan kotoran yang dihasilkan astronot dalam perjalanan berbulan-bulan ke Mars, kemudian menambahkannya ke regolith untuk menumbuhkan bakteri. Jika Anda pernah menonton filmnya Orang Mars, di mana astronot Mark Watney yang hilang menanam kentang di tanah Mars dengan limbahnya dan krunya, konsepnya sama. Namun, untuk menjaga kesehatan semua orang, Anda perlu mengambil langkah-langkah untuk membunuh patogen apa pun yang dapat ditularkan melalui kotoran manusia.

Anda dapat membantu proses pencernaan bahan organik dan mendaur ulangnya ke dalam tanah dengan memasukkan cacing. Bahkan di Mars, cacing tanah adalah sahabat terbaik bagi tukang kebun karena mereka mencerna bahan organik dan menghasilkan tanaman pupuk bersama dengan terowongan penggalian yang menyediakan aerasi penting dan retensi air bagi tanaman akar untuk tumbuh. “Saya pikir hal ini penting untuk sistem yang baik,” kata Wamelink. Ditambah lagi, telur cacing dapat disimpan dalam waktu lama sehingga berpotensi dapat 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 banyak kesulitan karena ukurannya kecil dan ringan.

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

Menyingkirkan hal-hal buruk

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

Namun, hal itu belum tentu menjadi masalah sebesar yang Anda bayangkan. “Hal ini tidak jauh berbeda dengan Bumi,” ujarnya, karena logam berat juga dapat ditemukan di tanah kita. Masalahnya adalah apakah logam-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 sayuran tersebut aman untuk dikonsumsi. Logam berat berada di bawah tingkat berbahaya pada semua makanan, dan dalam beberapa kasus, kadarnya bahkan lebih rendah lagi pada tanaman yang ditumbuhkan regolith. sayuran dibandingkan sayuran yang ditanam di tanah pot biasa, mungkin karena polutan seperti knalpot mobil mencemari tanah di sini di dunia.

Ada juga kekhawatiran tentang betapa asamnya tanah di Bulan dan Mars, yang dapat membatasi kemampuan tanaman untuk mengakses molekul penting lainnya, yaitu fosfat. Bidang penelitian baru yang sedang dipertimbangkan adalah apakah penambahan jenis jamur tertentu ke regolith bisa menyelesaikan 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 hambatan terbesar untuk menanam pangan dengan aman di Mars adalah masalah perklorat, bahan kimia yang ditemukan dalam regolit yang beracun bagi manusia dan tanaman. Ini sangat berbahaya sehingga tidak dimasukkan dalam sampel simulasi karena alasan kesehatan.

Penelitian terbaru telah menyatakan bahwa keberadaan perklorat dalam regolit mungkin lebih menimbulkan masalah daripada yang disadari sebelumnya. Ketika para peneliti mengambil simulasi regolit dan menambahkan kalsium perklorat dalam jumlah yang serupa dengan yang ditemukan di Mars, tanaman tidak dapat tumbuh di dalamnya bahkan ketika nutrisi tambahan ditambahkan.

Namun hal ini tidak berarti kita harus menyerah pada impian akan makanan yang dihasilkan 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, “ini bukanlah pemecah kesepakatan.” Mikroorganisme atau tumbuhan tertentu dapat dimasukkan ke dalam ekosistem untuk membersihkan racun dari regolit dalam proses yang disebut bioremediasi. “Pembantu seperti ini adalah pemain umum dalam ekosistem kita di Bumi. Tidak ada alasan kita harus mengabaikan potensi mereka untuk berkontribusi pada ekosistem yang kita rancang untuk penjajah Mars,” katanya.

Peneliti lain yang terlibat dalam studi tentang kelangsungan hidup regolit untuk bercocok tanam, Laura Fackrell dari University of Georgia, sependapat bahwa perklorat merupakan sebuah tantangan namun bukan tantangan yang tidak dapat diatasi. Dia menyarankan perklorat dapat dibersihkan dari regolit menggunakan bakteri, karena ada beberapa spesies bakteri yang dapat mengonsumsi atau mendegradasi perklorat, beberapa di antaranya digunakan untuk membersihkan air yang terkontaminasi di Bumi. Namun ada juga tantangan di sini. Reaksi ini menghasilkan oksigen dan klorida – dan meskipun klorida tidak beracun dan bermanfaat bagi pertumbuhan tanaman, terlalu banyak klorida dapat membahayakan atau bahkan membunuh tanaman. Kita memerlukan lebih banyak penelitian untuk mengetahui dampaknya terhadap kehidupan tanaman. “Kami tidak memiliki cukup data untuk mengatakan apakah jumlah klorida yang dihasilkan oleh proses ini akan terlalu banyak bagi tanaman, namun kemungkinan besar memang demikian,” katanya.

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

Kehadiran perklorat tidak selalu berarti buruk. Fackrell menunjukkan bahwa bakteri yang mengonsumsi perklorat untuk membersihkan tanah akan menghasilkan produk sampingan yang bermanfaat oksigen, yang dapat menjadi bagian dari sistem berkelanjutan untuk memenuhi kebutuhan astronot: “Perklorat mewakili hal yang sangat nyata tantangan; namun, mereka juga memberikan peluang untuk diubah menjadi sumber oksigen.”

Menyiapkan sistem

Ada baiknya jika kita berpikir untuk menjadikan pertanian di Mars sebagai permainan jangka panjang. Tujuannya bukan hanya untuk menghasilkan satu jenis tanaman saja, namun untuk membangun sistem yang berkelanjutan.

Panen pertama adalah yang paling sulit. Setelah proses ini selesai dan bakteri sudah terbentuk, sisa tanaman dari panen sebelumnya dapat dimasukkan kembali ke dalam tanah, sehingga menambah unsur hara dan membantu menahan air. Sehingga seiring berjalannya waktu, tanah akan menjadi lebih subur dan ramah bagi tanaman.

Artinya, ada dorongan kuat untuk memulai upaya menanam tanaman segera setelah manusia tiba di Mars dalam jangka waktu berapa pun. “Saya pikir Anda harus memulai dari ekspedisi pertama untuk mulai menanam makanan Anda sendiri. Jika tidak, kemungkinan besar hal itu tidak akan mungkin dilakukan,” kata Wamelink. Ekspedisi awal tentu saja membawa makanan 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 masih ada udara, cahaya, dan kehangatan. Anda bisa menabur tanaman tertentu seperti jenis kubis yang tidak bisa dimakan, yang bisa dibiarkan menyuburkan tanah saat Anda pergi. Prinsip ini sama dengan yang digunakan para petani di negara asal Wamelink, Belanda, untuk memperbaiki kondisi tanah mereka selama musim dingin.

Pertimbangan lainnya adalah bagaimana Anda menangani penyerbukan tanaman, baik untuk panen yang lebih banyak maupun untuk menghasilkan benih untuk tanaman di masa depan. Banyak spesies tumbuhan menggunakan angin untuk membawa serbuk sarinya kemana-mana. Tapi itu berarti Anda perlu mengatur aliran udara di habitat Mars, dan itu tidak mudah. Namun ada pilihan lain, yaitu menggunakan lebah.

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

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

Semua yang kami butuhkan

Meskipun terdapat banyak kerumitan dalam menanam makanan di Mars, secara teori hal ini mungkin dilakukan. Masih banyak rincian yang harus diselesaikan, namun pada prinsipnya kita mungkin bisa bercocok tanam di sana asalkan astronot membawa bahan yang tepat. “Saya punya daftar belanjaan!” canda Wamelink.

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 tanaman dan manusia adalah masalah terbuka, begitu pula misi masa depan Pengembalian Sampel Mars akan membantu kita menjadi lebih yakin tentang apa yang bisa kita harapkan dari Mars lingkungan.

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

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

Rekomendasi Editor

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