宇宙農業: 火星で食料をどのように栽培するか

もし私たちが人々を派遣したいと思うなら、 火星に住む 長期間にわたって、私たちは彼らを暖かく、安全に、そして十分な食事を保つ必要があります。 この最後の要件は、限られた量の物資しか運べないミッションでは課題となります。 たとえ缶詰の豆がそれほど重くなかったとしても、1 年に及ぶ任務を缶詰で生きていきたいと思う人はいません。

将来の火星の居住には、採れたての果物、野菜、穀物が必要です。 しかし、火星のような有毒で致命的な惑星でどうやって農業をするのでしょうか？ その答えを得るために、私たちは生態学、地質学、生化学の分野の 3 人の火星研究者に話を聞きました。

この記事はの一部です 火星上の生命 – 人類の火星占領を可能にする最先端の科学技術を探求する 10 部構成のシリーズ

基本的な必需品

植物は丈夫ですが、いくつかの必須要件があります。 順調に成長するには、暖かさ、適度な気圧、そして有害な放射線からの保護が必要です。 それらのものを火星に提供するのは、人類にも同様に必要であるという事実を除けば、困難でしょう。

最も単純な解決策は、火星に宇宙飛行士を住まわせるために建設する居住地はすべて、すべての作物を住まわせるためにも建設することだろう。 シンプルな LED ライトを追加すると、宇宙飛行士は植物の成長に合わせて簡単に世話をすることができます。 無重力でも植物は自然に光源から離れたところで根を伸ばすため、ライトを追加すると火星の低重力の影響が打ち消されるはずです。 密閉された環境には、温度や湿度などの条件を制御できるという利点もあります。

ヴァーヘニンゲン大学の植物育種家兼生態学者であり、月と火星の農業に関する第一人者の一人であるヴィーガー・ワメリンク氏は、次のように述べています。 宇宙での植物の栽培は、実際には都市農業、つまり都市で食料を効率的に栽培する運動に非常に似ているとデジタルトレンドに語った。 設定。 多くの場合、これは屋内の生息地に LED ライトを備えた無菌環境を設定することで実現されます。 基本的には、「それは火星でも、その気になれば砂漠でも、あるいは都市でもできることだ」と彼は言う。

死んだ土で生命を育む

しかし、火星で作物を栽培する際の最大の障壁は、一見単純なもの、つまり古き良き時代の土が不足していることだ。 地球上の土壌には、植物が利用するリンやカリウムなどの特定のミネラルだけでなく、生物も豊富に含まれています。 火星には土がありません。代わりに、レゴリスと呼ばれる死んだ粉っぽい物質が表面を覆っています。

このレゴリスが何で構成されているかの正確な詳細はわかっておらず、地域によって組成が異なる可能性があります。 しかし、私たちはその中身について大まかな見当を持っており、それによって NASA はレゴリス模擬物質を開発することができました。 これは本質的に、火星の表面に関する現在の知識に基づいて火星の土壌を再現したものです。

つまり、ここ地球上で火星の「土」を実験できるということだ。 類似品は安くはありませんが、 購入可能 研究目的のため。 約 10 年前、Wamelink 氏は、この類似物質を作物の栽培に使用できないかと考え、この問題を調査しました。 「私が知ったのは、非常に驚​​いたことに、誰もそんなことを試したことがないということです。」と彼は言った。

それで彼は始めました 火星、月、地球の土壌に種を植える 彼らの成長を比較するために。 最初の実験で、ワメリンク氏は火星の模擬実験では植物が苦戦するだろうと予想した。 「非常に栄養価の低い土壌です」と彼は説明した。 有機物は含まれておらず、植物の発芽を妨げる可能性のある重金属が含まれています。 「私の期待は非常に低かったです」と彼は言いました。

彼のチームは、そのほとんどが枯れてしまうだろうと予想しながら、14の異なる種の4,200個の種子を植えました。 しかし、結果は研究者らの予測とは大きく異なりました。 ほぼすべての種が発芽しましたが、その一部は 24 時間以内に発芽しました。 ワメリンク氏は、これが実際に問題を引き起こしたと笑いながら語った。なぜなら、チームは突然4,000本以上の植物の手入れをしなければならなかったからだ。

レゴリスは疎水性であり、水分をあまり吸収しないため、植物には十分な注意深い水やりが必要でした。 したがって、将来の火星の農民は、 たっぷりの水 作物を成長させ続けるために。

そして、植物は火星のレゴリスに似た物質の中で成長したが、高さはわずか数センチメートルに達し、食べられるものは何も生み出さなかった。 植物を十分な大きさに成長させて野菜を生産するには、栄養素を追加する必要があります。

土壌を肥やす

植物に関する限り、火星の土壌に欠けている重要な要素は有機物です。 有機物はバクテリアによって分解される際に特に重要な栄養源となるため、将来の栽培地域にもバクテリアを加える必要があることを意味します。

幸いなことに、微生物の歩くコロニーとして、人間にはバクテリアがあふれています。 したがって、これはかなり不快な概念ですが、それらを取得する方法があります。 最も効率的な方法は、宇宙飛行士が火星への数か月の旅で生成した尿と糞便を保存し、それをレゴリスに加えて細菌を培養することだろう。 映画を見た方は 火星人、行方不明の宇宙飛行士マーク・ワトニーが、火星の土壌で彼と乗組員の下水を使ってジャガイモを栽培する場面でも、同じコンセプトです。 ただし、全員の健康を維持するには、し尿を介して伝染する可能性のある病原体を死滅させるための措置を講じる必要があります。

ミミズを導入することで、有機物を消化して土壌にリサイクルするプロセスを手伝うことができます。 火星でも、ミミズは有機物を消化して生産物を生産するため、庭師の親友です。 植物に重要な通気性と保水性を提供するトンネルを掘るとともに肥料を与える 根が伸びること。 「それらは良いシステムには不可欠だと思います」とWamelink氏は言う。 さらに、虫の卵は長期間保存できるため、火星に輸送できる可能性があります。

火星のレゴリスに栄養素、有機物、バクテリア、虫が豊富になったら、種を植え始めることができます。 種子は小さくて軽いため、それほど問題なく地球から持ち込むことができます。

将来の火星居住者は、あなたが想像しているよりも多様な食事の選択肢を持つかもしれません。 ワメリンクは、あらゆる種類の食用植物が火星のレゴリス類似体で生育できると教えてくれました。 したがって、国際宇宙ステーションのような場所で使用されている水耕栽培システムでは、植物は土壌ではなく、 栄養溶液に懸濁されており、でんぷん質の野菜よりも葉物野菜の栽培に適しており、実質的に栽培できます。 土の中のものなら何でも。 火星レゴリス類似物質は、ジャガイモ、インゲン、トマト、ニンジン、大根、小麦、ライ麦などの栽培に使用されています。

厄介なものを取り除く

火星の土壌の安全性に関する懸念の 1 つは、危険な重金属の存在です。 「少量の亜鉛が必要なだけでなく、カドミウム、鉛、水銀など、食べ物に入れてはいけないものはすべて含まれています」とワメリンク氏は言う。

ただし、それは必ずしもあなたが考えているほど大きな問題ではありません。 重金属は私たちの土壌にも含まれているため、「それは地球とあまり変わりません」と彼は指摘しました。 問題は、これらの重金属が土壌に放出され、その後植物に吸収されるのを防ぐような方法で結合しているかどうかです。

良いニュースは、模造品で栽培された野菜を分析したところ、食べても安全であることが判明したことです。 すべての食品の重金属は危険レベルを下回っており、場合によってはレゴリスで成長した食品ではレベルがさらに低かった おそらく、車の排気ガスなどの汚染物質がここの土壌を汚染しているためだと思われますが、通常の培養土で栽培した野菜よりも野菜が多くなっています。 地球上で。

月や火星の土壌の酸性度についても懸念があり、それによって植物が別の必須分子であるリン酸塩にアクセスする能力が制限される可能性がある。 検討されている新しい研究分野は、 特定の種類の真菌 レゴリスにすればこの問題は解決できるかもしれない。

「岩石の中で実際に成長し、リン酸塩を放出できる菌類を火星に持っていくことができる」とワメリンク氏は、将来の探査の道として提案した。 「植物の根と共生しているんです。」

過塩素酸塩の問題

おそらく火星で食料を安全に栽培する上での最大の障壁は、レゴリスに含まれる人間と植物の両方に有毒な化学物質である過塩素酸塩の問題だろう。 これらは非常に危険であるため、健康上の理由から類似サンプルには含まれていません。

最近の研究 は、レゴリス中のこれらの過塩素酸塩の存在は、以前に認識されていたよりもさらに大きな問題である可能性があることを示唆しました。 研究者らがレゴリス類似物質に火星で見つかったものと同量の過塩素酸カルシウムを加えたところ、余分な栄養素が加えられたとしても植物はその中で生育できなかった。

とはいえ、火星産食品の夢を諦める必要があるわけではありません。 この研究の主任著者であるフロリダ工科大学のアンドリュー・パーマー氏は電子メールでデジタル・トレンドに、火星に過塩素酸塩が存在するのは食糧にとって課題であると語った。 制作側は「契約を破るものではない」としている。 微生物や特定の植物を生態系に導入して、と呼ばれるプロセスでレゴリスから毒素を除去することが可能であるはずです。 バイオレメディエーション。 「そのようなヘルパーは、地球上の私たちの生態系の一般的なプレーヤーです。 私たちが火星の入植者のために設計している生態系に貢献する彼らの可能性を無視すべき理由はありません」と彼は語った。

の研究に携わる別の研究者 作物栽培におけるレゴリスの生存可能性、ジョージア大学のローラ・ファクレル氏も、過塩素酸塩は課題ではあるが、克服できない課題ではないことに同意した。 彼女は、過塩素酸塩を消費または分解する細菌種が複数存在し、そのうちのいくつかは次の目的で使用されるため、細菌を使用してレゴリスから過塩素酸塩を除去できる可能性があると示唆しました。 地球上の汚染水を浄化する. しかし、ここにも課題があります。 この反応では酸素と塩化物の両方が生成されます。塩化物は無毒で植物の成長に有益ですが、多すぎると植物に害を与えたり、植物を枯らしたりする可能性があります。 それが植物にどのような影響を与えるかを知るには、さらなる研究が必要です。 「このプロセスによって生成される塩化物の量が植物にとって多すぎるかどうかを判断するのに十分なデータはありませんが、おそらくそうなるでしょう」と彼女は言いました。

もう一つの考えられる解決策は、文字通りレゴリスから過塩素酸塩を洗い流すことだろう。 過塩素酸塩は塩の一種で水に溶けるので、レゴリスを洗うと除去されます。 「ただし、これにより硝酸塩などの他の栄養素も除去される可能性があります」とファクレル氏は警告した。 この目的で貴重な水を使用することの問題は言うまでもありません。

ただし、過塩素酸塩の存在は必ずしも悪いニュースばかりではありません。 ファクレル氏は、土壌を浄化するために細菌に過塩素酸塩を消費させると、有用な副産物が生成されると指摘した。 酸素は、宇宙飛行士のニーズを満たす持続可能なシステムの一部となる可能性があります。「過塩素酸塩は、非常に現実的な物質です。 チャレンジ; しかし、それらは酸素の資源に変えられる機会でもあります。」

システムのセットアップ

長期的なゲームとして火星に農業を立ち上げることを考えるのに役立ちます。 目標は、単一の収量の作物を栽培することだけではなく、持続可能なシステムを構築することです。

最初の収穫が一番大変です。 それが完了し、バクテリアが定着すると、以前の収穫で残った植物物質を土壌に戻すことができ、これにより栄養素が追加され、水分を保持するのに役立ちます。 したがって、時間が経つにつれて、土壌はより肥沃になり、植物にとってより適したものになります。

これは、人類が火星に到着したらすぐに、たとえ長期間であっても、植物を栽培する試みを開始する強い推進力があることを意味します。 「自分で食料を栽培し始めるには、最初の遠征から始める必要があると思います。 そうでなければ、おそらくそれは不可能でしょう」とワメリンク氏は語った。 作物の成長に問題があった場合に備えて、初期の遠征隊は確かに自分の食料も持参していました。 しかし、土壌を利用可能な状態にするプロセスを開始することはできる。

空気、光、暖かさがある限り、ミッションの合間に耕作した土壌を保存することも可能です。 非食用の種類のキャベツなどの特定の作物を播種し、外出中に土壌を肥やすために放置することができます。 これは、ワメリンクの母国であるオランダで農家が冬の間土壌を改善するために使用しているのと同じ原理です。

もう 1 つの考慮事項は、より豊富な収穫と将来の作物の種子の作成の両方のために、植物の受粉にどのように対処するかです。 多くの種類の植物は風を利用して花粉を運びます。 しかし、それは火星の生息地に空気の流れを設定する必要があることを意味し、それは簡単ではありません。 ただし、ミツバチを使用するという別のオプションもあります。

ミツバチは優れた花粉媒介者であり、火星の生息地に住むために地球から持ち込まれる可能性があります。 マルハナバチの女王は宇宙旅行のために冬眠させられ、その後解放されて花粉を周囲に撒き散らす可能性がある。

ハエも選択肢の一つですが、ハエには別の利点もあります。ハエの幼虫は食用になることができ、多くの人たちと同じように嫌がるのです。 それらを食べることについてのことかもしれないが、そうでなければベジタリアンまたはビーガンの人々にとって重要なタンパク質源となる可能性がある ダイエット。

必要なものすべて

火星での食料の栽培には多くの複雑さがあるにもかかわらず、理論的には可能です。 詳細はまだ解明されていない部分が多いが、基本的には、宇宙飛行士が適切な資材を持ち込んでいる限り、そこで作物を栽培することができるかもしれない。 「買い物リストがあるよ！」 ワメリンクは冗談を言った。

彼が強調した唯一の制限は、これらの実験はすべて現在利用可能な火星模擬体に基づいているため、結果は模擬体と同程度の精度しかないということです。 過塩素酸塩の問題と、それが植物と人間の両方にどのような影響を与えるかは未解決の問題であり、将来のミッションは次のとおりです。 火星サンプルリターンは、火星から何が期待できるかを正確に知るのに役立つはずです。 環境。

それは簡単ではありませんが、宇宙飛行士が火星で育った新鮮な野菜を日常の食事として楽しめる日が来るかもしれません。 「それを進めるには、多くのことをしなければなりません」とワメリンク氏は警告した。「しかし、私たちは今、それを行う方法を知っています。」

この記事はの一部です 火星上の生命 – 人類の火星占領を可能にする最先端の科学技術を探求する 10 部構成のシリーズ

編集者のおすすめ

• 宇宙論的な通勤: 人々を火星に送り込む際の困難なロジスティクス
• 推進力の完成: 人類を火星に到達させる方法
• 砂でできた城: 火星の土壌でどのように生息地を作るか
• 人工大気: 火星に呼吸可能な空気を備えた基地をどのように構築するか
• 水分補給の採取: 将来の入植者は火星でどのように水を作り、集めるのか