Astroagricoltura: come coltiveremo il cibo su Marte

Se mai speriamo di inviare persone a vivere su Marte per un lungo periodo di tempo, dovremo tenerli al caldo, al sicuro e ben nutriti. Quest'ultimo requisito rappresenta una sfida per una missione che può trasportare solo una quantità limitata di rifornimenti. Anche se i fagioli in scatola non fossero così pesanti, nessuno vorrebbe sopravvivere con loro per una missione di un anno.

Il futuro dell'abitazione su Marte richiede frutta, verdura e cereali appena coltivati. Ma come coltivare su un pianeta velenoso e mortale come Marte? Per ottenere una risposta, abbiamo parlato con tre ricercatori su Marte nei campi dell'ecologia, della geologia e della biochimica.

Questo articolo fa parte di Vita su Marte – una serie in 10 parti che esplora la scienza e la tecnologia all'avanguardia che permetteranno agli esseri umani di occupare Marte

L'essenziale di base

Le piante sono cose resistenti, ma hanno alcuni requisiti essenziali. Per crescere bene, hanno bisogno di calore, una ragionevole pressione atmosferica e protezione dalle radiazioni nocive. Queste cose sarebbero una sfida da fornire su Marte, tranne per il fatto che anche gli umani ne hanno bisogno.

La soluzione più semplice sarebbe che qualsiasi habitat tu costruisca per ospitare gli astronauti su Marte lo costruisci anche per ospitare tutti i raccolti. Aggiungi alcune semplici luci a LED e gli astronauti possono facilmente prendersi cura delle loro piante man mano che crescono. L'aggiunta di luci dovrebbe contrastare qualsiasi effetto della minore gravità di Marte poiché, anche a gravità zero, le piante crescono naturalmente radici lontano dalle fonti di luce. L'ambiente sigillato ha anche il vantaggio di poter controllare condizioni come temperatura e umidità.

Wieger Wamelink, selezionatore di piante ed ecologo dell'Università di Wageningen, uno dei principali ricercatori sull'agricoltura sulla Luna e su Marte, ha detto a Digital Trends che coltivare piante nello spazio è in realtà molto paragonabile all'agricoltura cittadina, il movimento per coltivare cibo in modo efficiente nelle aree urbane impostazioni. Spesso, ciò si ottiene allestendo ambienti sterili in habitat interni con luci a LED. In linea di principio, ha detto, "è qualcosa che puoi fare su Marte, o nel deserto se vuoi, o in una città".

Coltivare la vita nel suolo morto

Il più grande ostacolo alla coltivazione dei raccolti su Marte, tuttavia, è la mancanza di qualcosa di apparentemente semplice: il buon sporco vecchio stile. Il suolo sulla Terra è pieno di organismi viventi e di alcuni minerali, come il fosforo e il potassio, utilizzati dalle piante. Marte non ha suolo, ma ha un materiale morto e polveroso chiamato regolite che ricopre la sua superficie.

Non conosciamo i dettagli esatti di cosa sia composta questa regolite e potrebbe avere composizioni diverse in regioni diverse. Ma abbiamo una vaga idea di cosa ci sia dentro, che ha permesso alla NASA di sviluppare un simulante di regolite. Questa è essenzialmente una ricreazione del suolo marziano basata sulla nostra attuale conoscenza della superficie del pianeta.

Ciò significa che puoi sperimentare il "suolo" marziano qui sulla Terra. Sebbene il simulante non sia economico, lo è disponibile per l'acquisto per scopi di ricerca. Circa un decennio fa, Wamelink si chiedeva se il simulante potesse essere utilizzato per coltivare colture e ha esaminato l'argomento. "Quello che ho scoperto", ha detto, "devo dire con mia grande sorpresa che nessuno ci ha mai provato".

Così ha iniziato piantare semi nel suolo di Marte, Luna e Terra per confrontare la loro crescita. Nei suoi primi esperimenti, Wamelink si aspettava che le piante avrebbero lottato nel simulante di Marte. "È un terreno molto povero di nutrienti", ha spiegato. Non contiene materia organica e contiene metalli pesanti che potrebbero impedire alle piante di germogliare. "Le mie aspettative erano molto basse", ha detto.

Il suo team ha piantato 4.200 semi di 14 specie diverse, aspettandosi che la maggior parte di loro morisse. Ma i risultati sono stati molto diversi da quanto previsto dai ricercatori. Quasi tutti i semi sono germinati, alcuni entro 24 ore. Ciò ha effettivamente causato problemi, ha detto Wamelink con una risata, perché il team ha dovuto improvvisamente occuparsi di un enorme raccolto di oltre 4.000 piante.

Le piante hanno richiesto molta irrigazione attenta perché la regolite è idrofobica, il che significa che non assorbe molta umidità. Quindi i futuri agricoltori marziani avranno bisogno pieno d'acqua per far crescere i loro raccolti.

E mentre le piante crescevano nel simulante della regolite di Marte, raggiungevano solo pochi centimetri di altezza e non producevano nulla di commestibile. Per far crescere le piante a grandezza naturale e produrre ortaggi, è necessario aggiungere sostanze nutritive.

Fertilizzare il terreno

Una componente chiave che manca al suolo di Marte per quanto riguarda le piante è la materia organica. La materia organica è una fonte particolarmente importante di nutrienti quando viene scomposta dai batteri, il che significa che dovremo aggiungere batteri anche alle future regioni di crescita.

Fortunatamente, in quanto colonie viventi di microbi, gli esseri umani sono irti di batteri. Quindi, sebbene sia un concetto piuttosto spiacevole, abbiamo un modo per acquisirli. Il metodo più efficiente sarebbe conservare l'urina e le feci prodotte dagli astronauti nel loro viaggio di mesi su Marte, quindi aggiungerle alla regolite per coltivare i batteri. Se hai visto il film Il marziano, dove l'astronauta perduto Mark Watney coltiva patate nel suolo di Marte con le acque reflue sue e dei suoi compagni di squadra, è lo stesso concetto. Tuttavia, per mantenere tutti in buona salute, è necessario adottare misure per eliminare eventuali agenti patogeni che potrebbero essere trasmessi attraverso i rifiuti umani.

Potresti aiutare nel processo di digestione della materia organica e di riciclarla nel terreno introducendo i vermi. Anche su Marte, i lombrichi sono i migliori amici di un giardiniere, poiché digeriscono materia organica e producono fertilizzante insieme a tunnel di scavo che forniscono un'importante aerazione e ritenzione idrica per la pianta radici per crescere. "Penso che siano essenziali per un buon sistema", ha detto Wamelink. Inoltre, le uova di verme possono essere conservate a lungo, rendendole potenzialmente trasportabili su Marte.

Una volta che la tua regolite di Marte si è arricchita di sostanze nutritive, materia organica, batteri e vermi, puoi iniziare a piantare semi. I semi possono essere portati dalla Terra senza troppi problemi perché sono piccoli e leggeri.

I futuri abitanti di Marte potrebbero avere una scelta di dieta più varia di quanto immagini. Wamelink mi dice che tutti i tipi di piante commestibili possono crescere nel simulante della regolite marziana. Quindi, mentre i sistemi idroponici utilizzati in luoghi come la Stazione Spaziale Internazionale, dove le piante vengono coltivate non nel suolo ma sospesi in una soluzione nutritiva, sono più adatti alla coltivazione di verdure a foglia verde rispetto a verdure amidacee, puoi coltivare praticamente qualsiasi cosa nel suolo. Il simulante di regolite di Marte è stato utilizzato per coltivare patate, fagiolini, pomodori, carote, ravanelli, grano, segale e altro ancora.

Sbarazzarsi dei cattivi

Una delle preoccupazioni circa la sicurezza del suolo marziano è la presenza di pericolosi metalli pesanti. "Non è solo zinco, di cui abbiamo bisogno un po', ma anche cadmio, piombo, mercurio, tutte cose che non vuoi nel tuo cibo", ha detto Wamelink.

Tuttavia, questo non è necessariamente un problema così grande come potresti pensare. "Non è molto diverso dalla Terra", ha sottolineato, poiché i metalli pesanti possono essere trovati anche nel nostro suolo. Il problema è se questi metalli pesanti siano legati in modo da impedire loro di essere rilasciati nel terreno e successivamente assorbiti dalle piante.

La buona notizia è che quando sono state analizzate le verdure coltivate nel simulante, si è scoperto che erano sicure da mangiare. I metalli pesanti erano al di sotto dei livelli pericolosi in tutto il cibo, e in alcuni casi i livelli erano ancora più bassi nelle specie coltivate con regolite. verdure che nelle verdure coltivate nel normale terriccio, forse a causa di sostanze inquinanti come i gas di scarico delle automobili che contaminano il terreno qui sulla terra.

C'è anche preoccupazione per quanto sia acido il suolo sulla Luna e su Marte, il che potrebbe limitare la capacità delle piante di accedere a un'altra molecola essenziale, il fosfato. Una nuova area di ricerca presa in considerazione è se l'aggiunta alcuni tipi di funghi alla regolite potrebbe risolvere questo problema.

"Possiamo portare con noi funghi su Marte che possono crescere effettivamente nelle rocce e rilasciare fosfati", ha suggerito Wamelink come futura strada per l'esplorazione. “Vivono in simbiosi con le radici delle piante”.

Il problema dei perclorati

Forse il più grande ostacolo alla coltivazione sicura del cibo su Marte è il problema dei perclorati, sostanze chimiche presenti nella regolite che sono tossiche sia per gli esseri umani che per le piante. Questi sono così pericolosi che non sono inclusi nei campioni simulanti per motivi di salute.

Ricerca recente ha suggerito che la presenza di questi perclorati nella regolite potrebbe essere più un problema di quanto si pensasse in precedenza. Quando i ricercatori hanno preso il simulante della regolite e hanno aggiunto perclorato di calcio in quantità simili a quelle trovate su Marte, le piante non sono state in grado di crescere al suo interno anche quando sono stati aggiunti nutrienti extra.

Ciò non significa però che dobbiamo rinunciare al sogno del cibo coltivato su Marte. Andrew Palmer del Florida Institute of Technology, autore senior dello studio, ha dichiarato a Digital Trends in una e-mail che mentre la presenza di perclorati su Marte è una sfida per il cibo produzione, "non è un rompicapo". Dovrebbe essere possibile introdurre microrganismi o piante specifiche nell'ecosistema per pulire le tossine dalla regolite in un processo chiamato biorimedio. “Tali aiutanti sono attori comuni nei nostri ecosistemi sulla Terra. Non c'è motivo per cui dovremmo ignorare il loro potenziale per contribuire all'ecosistema che stiamo progettando per i nostri coloni marziani", ha affermato.

Un altro ricercatore coinvolto in studi sul vitalità della regolite per le colture in crescita, Laura Fackrell dell'Università della Georgia, concorda sul fatto che i perclorati rappresentano una sfida ma non insormontabile. Ha suggerito che i perclorati potrebbero essere puliti dalla regolite usando i batteri, poiché ci sono più specie di batteri che possono consumare o degradare i perclorati, alcuni dei quali sono usati per pulizia dell'acqua contaminata qui sulla Terra. Ma anche qui ci sono sfide. Questa reazione produce sia ossigeno che cloruro e, sebbene il cloruro non sia tossico e possa essere benefico per la crescita delle piante, una quantità eccessiva di esso può danneggiare o addirittura uccidere le piante. Abbiamo bisogno di ulteriori ricerche per sapere quali sarebbero i suoi effetti sulla vita delle piante. "Non abbiamo dati sufficienti per dire se la quantità di cloruro prodotta da questo processo sarebbe eccessiva per le piante, ma è probabile che lo sia", ha affermato.

Un'altra potenziale soluzione sarebbe quella di eliminare letteralmente i perclorati dalla regolite. I perclorati sono una specie di sale e sono solubili in acqua, quindi il risciacquo della regolite li rimuoverebbe. "Tuttavia, questo potrebbe anche rimuovere altri nutrienti come i nitrati", ha avvertito Fackrell. Per non parlare dei problemi con l'utilizzo di acqua preziosa per questo scopo.

Tuttavia, la presenza di perclorati non è necessariamente una cattiva notizia. Fackrell ha sottolineato che il fatto che i batteri consumino perclorati per pulire il suolo produrrebbe l'utile sottoprodotto di ossigeno, che potrebbe far parte di un sistema sostenibile per soddisfare le esigenze degli astronauti: “I perclorati rappresentano un vero e proprio sfida; tuttavia, presentano anche l'opportunità di essere trasformati in una risorsa per l'ossigeno.

Impostazione di un sistema

Aiuta a pensare alla creazione dell'agricoltura su Marte come a un gioco a lungo termine. L'obiettivo non è solo quello di coltivare un unico raccolto, ma di creare un sistema sostenibile.

Il primo raccolto è il più difficile. Una volta che ciò è stato fatto e i batteri si sono stabiliti, qualsiasi materia vegetale rimasta dai raccolti precedenti può essere aggiunta al terreno, che aggiunge nutrienti e aiuta a trattenere l'acqua. Quindi con il tempo il terreno diventerà più fertile e più ospitale per le piante.

Ciò significa che c'è un forte impulso per iniziare i tentativi di coltivare piante non appena gli umani arrivano su Marte per un certo periodo di tempo. “Penso che devi iniziare dalla prima spedizione per iniziare a coltivare il tuo cibo. Altrimenti, molto probabilmente non sarà possibile farlo", ha affermato Wamelink. Le prime spedizioni avrebbero sicuramente portato anche il proprio cibo, nel caso ci fossero problemi con la crescita del raccolto. Ma potrebbero iniziare il processo per rendere utilizzabile il suolo.

È anche possibile preservare il terreno coltivato tra una missione e l'altra purché abbia aria, luce e calore. Puoi seminare determinate colture come i tipi di cavolo non commestibili, che possono essere lasciati a fertilizzare il terreno mentre sei via. Questo è lo stesso principio che gli agricoltori usano nei Paesi Bassi, paese natale di Wamelink, per migliorare il terreno durante l'inverno.

Un'altra considerazione è come si affronta l'impollinazione delle piante, sia per un raccolto più generoso che per creare semi per colture future. Molte specie di piante usano il vento per trasportare il loro polline. Ma ciò significa che dovresti impostare il flusso d'aria in un habitat su Marte, il che non sarebbe facile. C'è un'altra opzione, però, che è usare le api.

Le api sono eccellenti impollinatori e potrebbero essere portate dalla Terra per vivere in un habitat marziano. Le regine dei bombi potrebbero potenzialmente essere messe in letargo per un viaggio nello spazio e poi rilasciate per diffondersi intorno al polline.

Le mosche sono un'altra opzione e hanno un altro vantaggio: le larve di mosca possono essere commestibili e schizzinose come molte persone potrebbe trattarsi di mangiarli, potrebbero fornire un'importante fonte di proteine ​​​​in un altrimenti vegetariano o vegano dieta.

Tutto ciò di cui abbiamo bisogno

Nonostante le molte complessità della coltivazione del cibo su Marte, è teoricamente possibile. Ci sono ancora molti dettagli da definire, ma in linea di principio potremmo essere in grado di coltivare lì fintanto che gli astronauti portano con sé i materiali giusti. "Ho una lista della spesa!" Wamelink ha scherzato.

L'unica limitazione che ha sottolineato è che tutti questi esperimenti sono stati basati sul simulante di Marte attualmente disponibile, quindi i risultati sono accurati solo quanto lo è il simulante. La questione dei perclorati e del modo in cui potrebbero influenzare sia le piante che gli esseri umani è aperta, e le future missioni simili il Mars Sample Return dovrebbe aiutarci a diventare più certi su esattamente cosa possiamo aspettarci da Marte ambiente.

Non sarà facile, ma un giorno gli astronauti potrebbero gustare verdure fresche coltivate su Marte come parte quotidiana della loro dieta. "Devi fare molte cose per farlo funzionare", ha ammonito Wamelink, "ma ora sappiamo come farlo".

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