אסטרו-חקלאות: איך נגדל מזון על מאדים

אם אי פעם נקווה לשלוח אנשים לחיות על מאדים במשך תקופה ממושכת, נצטרך לשמור אותם חמים, בטוחים ומזינים היטב. הדרישה האחרונה מציבה אתגר במשימה שיכולה לשאת רק כמות מוגבלת של אספקה. גם אם שעועית משומרת לא הייתה כל כך כבדה, אף אחד לא רוצה להתקיים ממנה למשימה של שנה.

עתיד המגורים במאדים דורש פירות, ירקות ודגנים טריים שגדלו. אבל איך אתה חוות על כוכב לכת רעיל וקטלני כמו מאדים? כדי לקבל תשובה, שוחחנו עם שלושה חוקרי מאדים מתחומי האקולוגיה, הגיאולוגיה והביוכימיה.

מאמר זה הוא חלק מ החיים על מאדים - סדרה בת 10 חלקים החוקרת את המדע והטכנולוגיה המתקדמים שיאפשרו לבני אדם לכבוש את מאדים

היסודות הבסיסיים

צמחים הם דברים עמידים, אבל יש להם כמה דרישות חיוניות. כדי לגדול היטב, הם צריכים חום, לחץ אטמוספרי סביר והגנה מפני קרינה מזיקה. הדברים האלה יהיו אתגר לספק על מאדים, פרט לעובדה שבני אדם צריכים גם את כולם.

הפתרון הפשוט ביותר יהיה שכל בית גידול שתבנה כדי לאכלס אסטרונאוטים על מאדים תבנה גם כדי לאכלס את כל היבולים. הוסף כמה נורות LED פשוטות, והאסטרונאוטים יכולים בקלות לטפל בצמחים שלהם כשהם גדלים. הוספת אורות אמורה לנטרל את כל ההשפעות של כוח הכבידה הנמוך יותר של מאדים שכן, אפילו באפס כוח משיכה, צמחים מצמיחים שורשים באופן טבעי הרחק ממקורות אור. לסביבה האטומה יש אפילו את היתרון שאתה יכול לשלוט בתנאים כמו טמפרטורה ולחות.

ויגר וואמלינק, מגדל צמחים ואקולוג מאוניברסיטת ווגנינגן, שהוא אחד החוקרים המובילים בתחום החקלאות בירח ובמאדים, אמר ל-Digital Trends שגידול צמחים בחלל למעשה דומה מאוד לחקלאות עירונית, התנועה לגדל מזון ביעילות בעירונית הגדרות. לעתים קרובות, זה מושג על ידי הקמת סביבות סטריליות בבתי גידול פנימיים עם נורות LED. באופן עקרוני, הוא אמר, "זה משהו שאתה יכול לעשות על מאדים, או במדבר אם אתה רוצה, או בעיר."

טיפוח חיים באדמה מתה

המחסום הגדול ביותר לגידול יבולים על מאדים הוא היעדר משהו פשוט לכאורה: לכלוך מיושן וטוב. האדמה על פני כדור הארץ מלאה באורגניזמים חיים כמו גם במינרלים מסוימים, כמו זרחן ואשלגן, שצמחים משתמשים בהם. למאדים אין אדמה - במקום זאת, יש לו חומר מת ומאובק הנקרא רגוליט המכסה את פניו.

אנחנו לא יודעים את הפרטים המדויקים ממה מורכב הרגולית הזה, וייתכן שיש לו קומפוזיציות שונות באזורים שונים. אבל יש לנו מושג גס על מה יש בו, מה שאפשר לנאס"א לפתח סימולנט רגולי. זהו בעצם יצירה מחדש של אדמת מאדים בהתבסס על הידע הנוכחי שלנו על פני כדור הארץ.

זה אומר שאתה יכול להתנסות עם "אדמה" של מאדים כאן על כדור הארץ. הסימולנט אמנם לא זול, אבל הוא כן זמין לרכישה למטרות מחקר. לפני כעשור, וואמלינק תהה אם ניתן להשתמש בסימולנט לגידול יבולים ובדק את הנושא. "מה שגיליתי," הוא אמר, "להפתעתי הרבה אני חייב לומר, שאף אחד לא ניסה את זה מעולם".

אז הוא התחיל שתילת זרעים באדמת מאדים, ירח וכדור הארץ כדי להשוות את הצמיחה שלהם. בניסויים הראשונים שלו, וואמלינק ציפה שצמחים ייאבקו בסימולנט מאדים. "זו אדמה דלה מאוד בחומרים מזינים", הסביר. אין בו חומר אורגני, והוא מכיל מתכות כבדות שעלולות למנוע מצמחים לנבוט. "הציפיות שלי היו נמוכות מאוד", אמר.

הצוות שלו נטע 4,200 זרעים מ-14 מינים שונים, בציפייה שרובם ימותו. אבל התוצאות היו שונות מאוד ממה שחזו החוקרים. כמעט כל הזרעים נבטו - חלקם תוך 24 שעות. זה למעשה גרם לבעיות, אמר וואמלינק בצחוק, כי הצוות נאלץ לפתע לטפל ביבול עצום של למעלה מ-4,000 צמחים.

הצמחים דרשו הרבה השקיה זהירה מכיוון שהרגוליט הוא הידרופובי, כלומר אינו סופג לחות רבה. אז חקלאים בני מאדים עתידיים יצטרכו מלא מים כדי לשמור על גידול יבוליהם.

ובעוד הצמחים גדלו בסימולנט הרגוליטים של מאדים, הם הגיעו לגובה של סנטימטרים בודדים בלבד ולא יצרו שום דבר אכיל. כדי לגרום לצמחים לגדול לגודל מלא ולייצר ירקות, אתה צריך להוסיף חומרים מזינים.

דישון האדמה

מרכיב מרכזי שחסרה אדמת מאדים מבחינת הצמחים הוא חומר אורגני. חומר אורגני הוא מקור חשוב במיוחד של חומרים מזינים כאשר הוא מפורק על ידי חיידקים, מה שאומר שנצטרך להוסיף חיידקים גם לאזורי גידול עתידיים.

למרבה המזל, כמו מושבות מהלכות של חיידקים, בני אדם גדושים בחיידקים. אז למרות שזה רעיון די לא נעים, יש לנו דרך לרכוש אותם. השיטה היעילה ביותר תהיה לשמר את השתן והצואה שמייצרים אסטרונאוטים במסעם הארוך של חודשים למאדים, ואז להוסיף אותם לרגולית כדי לטפח חיידקים. אם ראית את הסרט המאדים, שבו האסטרונאוט האבוד מארק וואטני מגדל תפוחי אדמה באדמת מאדים עם הביוב שלו ושל חבריו לצוות, זה אותו רעיון. עם זאת, כדי לשמור על בריאות כולם, תצטרך לנקוט בצעדים כדי להרוג כל פתוגנים שיכולים להיות מועברים באמצעות פסולת אנושית.

אתה יכול לעזור בתהליך של עיכול חומר אורגני ומיחזורו לאדמה על ידי החדרת תולעים. אפילו במאדים, תולעי אדמה הן החבר הכי טוב של גנן, שכן הן מעכלות חומר אורגני ומייצרות דשן יחד עם חפירת מנהרות המספקות אוורור ואגירת מים חשובים לצמח שורשים לצמוח. "אני חושב שהם חיוניים למערכת טובה", אמר וואמלינק. בנוסף, ביצי תולעים יכולות להיות מאוחסנות במשך זמן רב, מה שהופך אותן לאפשרות העברה למאדים.

ברגע שהרגולית של מאדים שלך מועשר בחומרים מזינים, חומרים אורגניים, חיידקים ותולעים, אתה יכול להתחיל לשתול זרעים. ניתן להביא זרעים מכדור הארץ בלי יותר מדי בעיות מכיוון שהם קטנים וקלים.

ייתכן שלתושבי מאדים העתידיים תהיה בחירה מגוונת יותר של תזונה ממה שאתה מדמיין. וואמלינק אומר לי שכל מיני צמחי מאכל יכולים לגדול בסימולנט רגוליטי מאדים. אז בעוד המערכות ההידרופוניות המשמשות במקומות כמו תחנת החלל הבינלאומית, שבה מגדלים צמחים לא באדמה אלא תלויים בתמיסה תזונתית, מתאימים יותר לגידול עלים ירוקים מאשר ירקות עמילניים, אתה יכול לגדל כמעט כל דבר באדמה. סימולנט רגוליט מאדים שימש לגידול תפוחי אדמה, שעועית ירוקה, עגבניות, גזר, צנוניות, חיטה, שיפון ועוד.

להיפטר מהמגעילים

אחת החששות לגבי בטיחות אדמת מאדים היא נוכחותן של מתכות כבדות מסוכנות. "זה לא רק אבץ, שאנחנו צריכים מעט ממנו, אלא גם קדמיום, עופרת, כספית - כל הדברים שאתה לא רוצה באוכל שלך", אמר וואמלינק.

עם זאת, זו לא בהכרח בעיה גדולה כמו שאתה עשוי לחשוב. "זה לא ממש שונה מכדור הארץ", הוא ציין, שכן ניתן למצוא מתכות כבדות גם באדמה שלנו. השאלה היא האם מתכות כבדות אלו קשורות באופן שמונע מהן להשתחרר לאדמה ולאחר מכן להיספג בצמחים.

החדשות הטובות הן שכאשר נותחו ירקות שגדלו בסימולנט, נמצא שהם בטוחים לאכילה. מתכות כבדות היו מתחת לרמות המסוכנות בכל המזון, ובמקרים מסוימים הרמות היו נמוכות אף יותר בצמחי הרגולית. ירקות מאשר בירקות הגדלים באדמת עציצים רגילה, אולי בגלל מזהמים כמו אגזוז מכוניות שמזהמים את האדמה כאן על פני כדור הארץ.

יש גם דאגה לגבי מידת החומציות של האדמה בירח ובמאדים, מה שעלול להגביל את יכולתם של הצמחים לגשת למולקולה חיונית אחרת, פוספט. תחום מחקר חדש שנבחן הוא האם להוסיף סוגים מסוימים של פטריות לרגולית יכול לפתור את הבעיה הזו.

"אנחנו יכולים לקחת איתנו פטריות למאדים שיכולות לצמוח ממש בסלעים ולשחרר פוספטים", הציע וואמלינק כדרך עתידית לחקירה. "הם חיים בסימביוזה עם שורשי הצמחים."

בעיית הפרכלורטים

אולי המחסום הגדול ביותר לגידול מזון בטוח על מאדים הוא נושא הפרכלורטים, כימיקלים שנמצאים ברגולית רעילים לבני אדם ולצמחים כאחד. אלה כל כך מסוכנים שהם לא נכללים בדגימות סימולנטיות מסיבות בריאותיות.

מחקר אחרון הציע כי נוכחותם של פרכלורטים אלה ברגולית עשויה להיות בעיה גדולה יותר ממה שהובנו בעבר. כאשר חוקרים לקחו סימולנט רגוליט והוסיפו סידן פרכלורט בכמויות דומות לאלו שנמצאו על מאדים, צמחים לא היו מסוגלים לצמוח בו גם כאשר נוספו חומרים מזינים נוספים.

זה לא אומר שאנחנו צריכים לוותר על החלום של מזון שגדל מאדים. אנדרו פאלמר מהמכון הטכנולוגי של פלורידה, מחבר בכיר של המחקר, אמר ל-Digital Trends בדוא"ל כי בעוד שנוכחות של פרכלורטים על מאדים היא אתגר למזון ייצור, "זה לא שובר עסקה." צריך להיות אפשרי להחדיר מיקרואורגניזמים או צמחים ספציפיים למערכת האקולוגית כדי לנקות את הרעלים מהרגוליט בתהליך שנקרא ביולוגית. "עוזרים כאלה הם שחקנים נפוצים במערכות האקולוגיות שלנו על פני כדור הארץ. אין שום סיבה שנתעלם מהפוטנציאל שלהם לתרום למערכת האקולוגית שאנו מתכננים עבור הקולוניסטים של מאדים שלנו", אמר.

חוקר נוסף המעורב במחקרים בנושא כדאיות של רגוליט לגידול יבולים, לורה פאקרל מאוניברסיטת ג'ורג'יה, הסכימה שהפרכלורטים הם אתגר אבל לא בלתי עביר. היא הציעה שניתן לנקות פרכלורטים מהרגוליט באמצעות חיידקים, שכן ישנם מיני חיידקים מרובים שיכולים לצרוך או לפרק פרכלורטים, שחלקם משמשים עבור ניקוי מים מזוהמים כאן על פני כדור הארץ. אבל גם כאן יש אתגרים. תגובה זו מייצרת גם חמצן וגם כלוריד - ולמרות שכלוריד אינו רעיל ויכול להועיל לצמיחת צמחים, יותר מדי ממנו עלול להזיק או אפילו להרוג צמחים. אנו זקוקים למחקר נוסף כדי לדעת מה יהיו השפעותיו על חיי הצומח. "אין לנו מספיק נתונים כדי לומר אם כמות הכלוריד המיוצר בתהליך זה תהיה גדולה מדי עבור צמחים, אבל סביר להניח שכן," אמרה.

פתרון פוטנציאלי נוסף יהיה ממש לשטוף את הפרכלורטים מהרגוליט. פרכלורטים הם סוג של מלח ומסיסים במים, ולכן שטיפת הרגולית תסיר אותם. "עם זאת, זה גם עשוי להסיר חומרים מזינים אחרים כמו חנקות," הזהיר פאקרל. שלא לדבר על הבעיות בשימוש במים יקרים למטרה זו.

נוכחותם של פרכלורטים אינה בהכרח חדשות רעות. פאקרל הצביע על כך שחיידקים צורכים פרכלורטים כדי לנקות את האדמה יפיק את תוצר הלוואי השימושי של חמצן, שיכול להיות חלק ממערכת בת קיימא למתן מענה לצרכי האסטרונאוטים: "פרכלורטים מייצגים מציאות מאוד אתגר; עם זאת, הם גם מציגים הזדמנות להפוך למשאב לחמצן."

הקמת מערכת

זה עוזר לחשוב על הקמת חקלאות על מאדים כמשחק לטווח ארוך. המטרה היא לא רק לגדל יבול בודד של יבולים אלא להקים מערכת בת קיימא.

הקציר הראשון הוא הקשה ביותר. לאחר שהדבר נעשה והחיידקים מתבססים, ניתן להוסיף לאדמה כל חומר צמחי שנשאר מהיבולים הקודמים, מה שגם מוסיף חומרים מזינים וגם עוזר להחזיק מים. כך שעם הזמן, האדמה תהפוך לפורייה יותר ומסבירת פנים יותר לצמחים.

זה אומר שיש תנופה חזקה להתחיל בניסיונות לגדל צמחים ברגע שבני אדם מגיעים למאדים למשך זמן כלשהו. "אני חושב שאתה צריך להתחיל מהמשלחת הראשונה כדי להתחיל לגדל את האוכל שלך. אחרת, סביר להניח שלא יהיה ניתן לעשות זאת", אמר וואמלינק. המשלחות המוקדמות בהחלט יביאו גם מזון משלהן, למקרה שיהיו בעיות עם צמיחת היבול. אבל הם יכולים להתחיל בתהליך של הפיכת האדמה לשמישה.

אפשר גם לשמר את האדמה המעובדת בין משימות כל עוד יש בה אוויר, אור וחום. אתה יכול לזרוע יבולים מסוימים כמו סוגים לא אכילים של כרוב, שניתן להשאיר כדי לדשן את האדמה בזמן שאתה לא. זהו אותו עיקרון שבו משתמשים חקלאים במדינת הולדתו של וואמלינק, הולנד, כדי לשפר את אדמתם במהלך החורף.

שיקול נוסף הוא איך אתה מתמודד עם האבקת צמחים, הן עבור יבול נדיב יותר והן כדי ליצור זרעים לגידולים עתידיים. מינים רבים של צמחים משתמשים ברוח כדי לשאת את האבקה שלהם. אבל זה אומר שתצטרך להגדיר זרימת אוויר בבית גידול של מאדים, וזה לא יהיה קל. עם זאת, ישנה אפשרות נוספת, שהיא להשתמש בדבורים.

דבורים הן מאביקות מצוינות וניתן להביא אותן מכדור הארץ כדי לחיות בבית גידול של מאדים. מלכות דבורי הבומבוס עשויות להיות מוכנסות למצב תרדמה למסע בחלל ואז לשחרר אותן כדי להתפשט סביב האבקה.

זבובים הם אופציה נוספת, ויש להם יתרון נוסף: זחלי זבובים יכולים להיות אכילים, ורוחשים כמו הרבה אנשים אולי נוגע לאכול אותם, הם יכולים לספק מקור חשוב לחלבון אצל צמחוני או טבעוני אחרת דִיאֵטָה.

כל מה שאנחנו צריכים

למרות המורכבויות הרבות של גידול מזון על מאדים, זה אפשרי תיאורטית. יש הרבה פרטים שעדיין לא עובדו, אבל בעיקרון אולי נוכל לגדל שם יבולים כל עוד האסטרונאוטים מביאים איתם את החומרים הנכונים. "יש לי רשימת קניות!" וומלינק התבדח.

המגבלה היחידה שהוא הדגיש הייתה שכל הניסויים הללו התבססו על סימולנט מאדים הזמין כעת, כך שהתוצאות מדויקות רק כמו הסימולנט. סוגיית הפרכלורטים וכיצד הם עשויים להשפיע הן על צמחים והן על בני אדם היא נושא פתוח, ומשימות עתידיות כמו החזרת הדגימה של מאדים אמורה לעזור לנו להיות בטוחים יותר בדיוק למה אנחנו יכולים לצפות ממאדים סביבה.

זה לא יהיה קל, אבל אסטרונאוטים יוכלו יום אחד ליהנות מירקות טריים שגדלו במאדים כחלק יומיומי מהתזונה שלהם. "אתה צריך לעשות הרבה דברים כדי להפעיל את זה," הזהיר וואמלינק, "אבל אנחנו יודעים עכשיו איך לעשות את זה."

מאמר זה הוא חלק מ החיים על מאדים - סדרה בת 10 חלקים החוקרת את המדע והטכנולוגיה המתקדמים שיאפשרו לבני אדם לכבוש את מאדים

המלצות עורכים

• נסיעה קוסמולוגית: הלוגיסטיקה המסובכת של העלאת אנשים על מאדים
• השלמת הנעה: איך נביא בני אדם למאדים
• טירות עשויות חול: איך ניצור בתי גידול עם אדמת מאדים
• אטמוספרות מלאכותיות: איך נבנה בסיס עם אוויר לנשימה על מאדים
• הידרציה לקציר: כיצד מתיישבים עתידיים ייצרו ויאספו מים על מאדים