Astrolauksaimniecība: kā mēs audzēsim pārtiku uz Marsa

Ja mēs kādreiz ceram nosūtīt cilvēkus uz dzīvo uz Marsa ilgāku laiku mums būs jāuztur tie silti, droši un labi paēduši. Šī pēdējā prasība rada izaicinājumu misijai, kurā var pārvadāt tikai ierobežotu daudzumu krājumu. Pat ja konservētas pupiņas nebūtu tik smagas, neviens nevēlas ar tām iztikt gadu ilgajai misijai.

Marsa dzīvesvietai nākotnē ir nepieciešami svaigi audzēti augļi, dārzeņi un graudi. Bet kā jūs saimniekojat uz tādas indīgas, nāvējošas planētas kā Marss? Lai saņemtu atbildi, mēs runājām ar trim Marsa pētniekiem no ekoloģijas, ģeoloģijas un bioķīmijas jomām.

Šis raksts ir daļa no Dzīve uz Marsa - 10 daļu sērija, kas pēta visprogresīvākās zinātnes un tehnoloģijas, kas ļaus cilvēkiem ieņemt Marsu

Pamata pamatlietas

Augi ir izturīgas lietas, taču tiem ir dažas būtiskas prasības. Lai labi augtu, tiem nepieciešams siltums, saprātīgs atmosfēras spiediens un aizsardzība pret kaitīgo starojumu. Šīs lietas būtu izaicinājums nodrošināt uz Marsa, izņemot faktu, ka arī cilvēkiem tās visas ir vajadzīgas.

Vienkāršākais risinājums būtu tas, ka neatkarīgi no tā, kādu biotopu jūs veidojat astronautu izmitināšanai uz Marsa, jūs veidojat arī visu labību. Pievienojiet dažas vienkāršas LED gaismas, un astronauti varēs viegli kopt savus augus, kad tie aug. Gaismas pievienošanai vajadzētu novērst jebkādas Marsa zemākās gravitācijas sekas, jo pat nulles gravitācijas apstākļos augi dabiski audzē saknes prom no gaismas avotiem. Slēgtai videi ir pat tā priekšrocība, ka jūs varat kontrolēt tādus apstākļus kā temperatūra un mitrums.

Vīgers Vamelinks, Vāgeningenas universitātes augu selekcionārs un ekologs, viens no vadošajiem lauksaimniecības pētniekiem uz Mēness un Marsa, pastāstīja Digital Trends, ka augu audzēšana kosmosā patiesībā ir ļoti salīdzināma ar pilsētas lauksaimniecību, kustību, lai pilsētās efektīvi audzētu pārtiku. iestatījumi. Bieži vien tas tiek panākts, izveidojot sterilu vidi iekštelpu dzīvotnēs ar LED gaismām. Principā viņš teica: "tas ir kaut kas, ko jūs varat darīt uz Marsa vai tuksnesī, ja vēlaties, vai pilsētā."

Dzīvības kultivēšana mirušā augsnē

Tomēr lielākais šķērslis kultūraugu audzēšanai uz Marsa ir kaut kā šķietami vienkārša trūkums: vecmodīgi netīrumi. Zemes augsne ir pilna ar dzīviem organismiem, kā arī noteiktiem minerāliem, piemēram, fosforu un kāliju, ko izmanto augi. Marsam nav augsnes, tā vietā tā virsmu klāj miris, putekļains materiāls, ko sauc par regolītu.

Mēs nezinām precīzu informāciju par to, no kā šis regolīts sastāv, un dažādos reģionos tam var būt atšķirīgs sastāvs. Bet mums ir aptuvens priekšstats par to, kas tajā atrodas, un tas ir ļāvis NASA izstrādāt regolīta simulantu. Tas būtībā ir Marsa augsnes atjaunošana, pamatojoties uz mūsu pašreizējām zināšanām par planētas virsmu.

Tas nozīmē, ka jūs varat eksperimentēt ar Marsa “augsni” šeit uz Zemes. Lai gan simulants nav lēts, tas ir pieejams iegādei pētniecības nolūkos. Apmēram pirms desmit gadiem Wamelink domāja, vai simulantu varētu izmantot labības audzēšanai, un pētīja šo tēmu. "Tas, ko es uzzināju," viņš teica, "par lielu pārsteigumu man jāsaka, ka neviens to nekad nav mēģinājis."

Tātad viņš sāka sēklu stādīšana Marsa, Mēness un Zemes augsnē lai salīdzinātu to izaugsmi. Savos pirmajos eksperimentos Wamelink paredzēja, ka augi cīnīsies Marsa simulantā. "Tā ir ļoti barības vielu nabadzīga augsne," viņš paskaidroja. Tajā nav organisku vielu, un tajā ir smagie metāli, kas var novērst augu dīgšanu. "Manas cerības bija ļoti zemas," viņš teica.

Viņa komanda iestādīja 4200 sēklas no 14 dažādām sugām, gaidot, ka lielākā daļa no tām mirs. Taču rezultāti ļoti atšķīrās no pētnieku prognozētā. Gandrīz visas sēklas uzdīgušas - dažas no tām 24 stundu laikā. Tas faktiski radīja problēmas, smejoties sacīja Wamelink, jo komandai pēkšņi bija jārūpējas par milzīgu ražu, kurā bija vairāk nekā 4000 augu.

Augiem bija nepieciešama rūpīga laistīšana, jo regolīts ir hidrofobs, kas nozīmē, ka tas neuzsūc daudz mitruma. Tātad nākamajiem Marsa zemniekiem tas būs vajadzīgs daudz ūdens lai viņu labība augtu.

Un, lai gan augi auga Marsa regolīta simulantā, tie sasniedza tikai dažus centimetrus augstus un neradīja neko ēdamu. Lai augi izaugtu pilnā izmērā un ražotu dārzeņus, jums jāpievieno barības vielas.

Augsnes mēslošana

Galvenā sastāvdaļa, kuras Marsa augsnē trūkst, ciktāl tas attiecas uz augiem, ir organiskās vielas. Organiskās vielas ir īpaši svarīgs barības vielu avots, ja tās sadala baktērijas, kas nozīmē, ka mums būs jāpievieno baktērijas arī turpmākajos augšanas reģionos.

Par laimi, kā staigājošas mikrobu kolonijas, cilvēki ir pilni ar baktērijām. Tātad, lai gan tas ir diezgan nepatīkams jēdziens, mums ir veids, kā tos iegūt. Visefektīvākā metode būtu saglabāt urīnu un izkārnījumus, ko astronauti ražojuši vairākus mēnešus ilgā ceļojumā uz Marsu, un pēc tam pievienot to regolītam, lai kultivētu baktērijas. Ja esat redzējis filmu Marsietis, kur pazudušais astronauts Marks Votnijs audzē kartupeļus Marsa augsnē kopā ar saviem un viņa apkalpes biedru notekūdeņiem, tas ir tas pats jēdziens. Tomēr, lai visi būtu veseli, jums ir jāveic pasākumi, lai iznīcinātu visus patogēnus, kas varētu tikt pārnesti ar cilvēku atkritumiem.

Jūs varētu palīdzēt organisko vielu sagremošanā un pārstrādē augsnē, ieviešot tārpus. Pat uz Marsa sliekas ir dārznieka labākais draugs, jo tās sagremo organiskās vielas un ražo mēslojums kopā ar rakšanas tuneļiem, kas nodrošina svarīgu aerāciju un ūdens aizturi augam saknes augt. "Es domāju, ka tie ir būtiski labai sistēmai," sacīja Wamelink. Turklāt tārpu olas var uzglabāt ilgu laiku, padarot tās potenciāli transportējamas uz Marsu.

Kad jūsu Marsa regolīts ir bagātināts ar barības vielām, organiskām vielām, baktērijām un tārpiem, varat sākt stādīt sēklas. Sēklas var atvest no Zemes bez lielām grūtībām, jo ​​tās ir mazas un vieglas.

Nākotnes Marsa iemītniekiem var būt daudzveidīgāka uztura izvēle, nekā jūs iedomājaties. Wamelink man saka, ka Marsa regolīta simulantā var augt visa veida ēdamie augi. Tātad, kamēr hidroponiskās sistēmas izmanto tādās vietās kā Starptautiskā kosmosa stacija, kur augus audzē nevis augsnē, bet suspendēti uzturvielu šķīdumā, ir labāk piemēroti lapu zaļumu audzēšanai nekā cieti saturoši dārzeņi, jūs varat audzēt praktiski jebko, kas atrodas augsnē. Marsa regolīta simulants ir izmantots kartupeļu, zaļo pupiņu, tomātu, burkānu, redīsu, kviešu, rudzu un citu audzēšanai.

Atbrīvošanās no nejaukiem

Viena no bažām par Marsa augsnes drošību ir bīstamo smago metālu klātbūtne. "Tas ir ne tikai cinks, kas mums ir nepieciešams, bet arī kadmijs, svins, dzīvsudrabs — viss, ko nevēlaties savā pārtikā," sacīja Wamelink.

Tomēr tā ne vienmēr ir tik liela problēma, kā jūs varētu domāt. "Tas īsti neatšķiras no Zemes," viņš norādīja, jo smagos metālus var atrast arī mūsu augsnē. Jautājums ir par to, vai šie smagie metāli ir saistīti tādā veidā, kas neļauj tiem nonākt augsnē un pēc tam tos absorbēt augi.

Labā ziņa ir tā, ka, analizējot aizstājējā audzētos dārzeņus, tika konstatēts, ka tie ir droši uzturā. Smago metālu līmenis visā pārtikā bija zem bīstamā līmeņa, un dažos gadījumos tas bija vēl zemāks regolītā audzētajā. dārzeņus nekā dārzeņos, kas audzēti parastā podiņos, iespējams, tāpēc, ka piesārņotāji, piemēram, automašīnu izplūdes gāzes, piesārņo augsni šeit uz Zemes.

Pastāv arī bažas par augsnes skābumu uz Mēness un Marsa, kas var ierobežot augu spēju piekļūt citai būtiskai molekulai - fosfātam. Jauna izpētes joma, kas tiek apsvērta, ir pievienošana noteikta veida sēnītes uz regolītu varētu atrisināt šo jautājumu.

"Mēs varam paņemt līdzi uz Marsu sēnītes, kas faktiski var augt klintīs un izdalīt fosfātus," kā nākotnes izpētes ceļu ieteica Wamelink. "Viņi dzīvo simbiozē ar augu saknēm."

Perhlorātu problēma

Iespējams, lielākais šķērslis drošai pārtikas audzēšanai uz Marsa ir jautājums par perhlorātiem, regolītā atrodamām ķīmiskām vielām, kas ir toksiskas gan cilvēkiem, gan augiem. Tie ir tik bīstami, ka tos neiekļauj aizstājēju paraugos veselības apsvērumu dēļ.

Jaunākie pētījumi ir ierosinājis, ka šo perhlorātu klātbūtne regolītā varētu būt lielāka problēma, nekā tika saprasts iepriekš. Kad pētnieki paņēma regolīta aizstājēju un pievienoja kalcija perhlorātu tādā daudzumā, kāds ir uz Marsa, augi nespēja tajā augt pat tad, ja tika pievienotas papildu barības vielas.

Tomēr tas nenozīmē, ka mums ir jāatsakās no sapņa par Marsā audzētu pārtiku. Endrjū Palmers no Floridas Tehnoloģiju institūta, pētījuma vecākais autors, e-pastā Digital Trends pastāstīja, ka, lai gan perhlorātu klātbūtne uz Marsa ir izaicinājums pārtikai. ražošanai, "tas nav darījuma lauzējs". Jābūt iespējai ekosistēmā ieviest mikroorganismus vai konkrētus augus, lai attīrītu toksīnus no regolīta procesā, ko sauc par bioremediācija. “Šādi palīgi ir bieži sastopami mūsu Zemes ekosistēmu dalībnieki. Nav nekāda iemesla, kāpēc mums vajadzētu ignorēt viņu potenciālu dot ieguldījumu ekosistēmā, ko veidojam mūsu Marsa kolonistiem, ”viņš teica.

Vēl viens pētnieks, kas iesaistīts pētījumos par regolīta dzīvotspēja kultūraugu audzēšanaiLaura Fackrell no Džordžijas universitātes piekrita, ka perhlorāti ir izaicinājums, bet ne nepārvarams. Viņa ierosināja, ka perhlorātus varētu attīrīt no regolīta, izmantojot baktērijas, jo ir vairākas baktēriju sugas, kas var patērēt vai noārdīt perhlorātus, no kuriem daži tiek izmantoti piesārņotā ūdens tīrīšana šeit uz Zemes. Taču arī šeit ir izaicinājumi. Šī reakcija rada gan skābekli, gan hlorīdu, un, lai gan hlorīds nav toksisks un var būt labvēlīgs augu augšanai, pārāk daudz tā var kaitēt augiem vai pat nogalināt tos. Mums ir nepieciešams vairāk pētījumu, lai uzzinātu, kāda būtu tā ietekme uz augu dzīvi. "Mums nav pietiekami daudz datu, lai pateiktu, vai šī procesa radītais hlorīda daudzums augiem būtu pārāk liels, bet tas, visticamāk, būs," viņa teica.

Vēl viens potenciāls risinājums būtu burtiski izskalot perhlorātus no regolīta. Perhlorāti ir sava veida sāls un šķīst ūdenī, tāpēc regolīta skalošana tos noņemtu. "Tomēr tas var arī noņemt citas uzturvielas, piemēram, nitrātus," brīdināja Fakrells. Nemaz nerunājot par problēmām, kas saistītas ar vērtīgā ūdens izmantošanu šim nolūkam.

Tomēr perhlorātu klātbūtne ne vienmēr ir slikta ziņa. Fackrell norādīja, ka baktērijas, kas patērē perhlorātus augsnes attīrīšanai, radītu noderīgu blakusproduktu skābeklis, kas varētu būt daļa no ilgtspējīgas sistēmas astronautu vajadzību apmierināšanai: "Perhlorāti ir ļoti reāls izaicinājums; tomēr tie arī sniedz iespēju pārvērsties par skābekļa resursu.

Sistēmas iestatīšana

Tas palīdz domāt par lauksaimniecības uzstādīšanu uz Marsa kā ilgtermiņa spēli. Mērķis ir ne tikai audzēt vienu ražu, bet arī izveidot ilgtspējīgu sistēmu.

Pirmā raža ir visgrūtākā. Kad tas ir izdarīts un baktērijas ir izveidojušās, visas augu vielas, kas palikušas no iepriekšējām ražām, var pievienot atpakaļ augsnei, kas gan pievieno barības vielas, gan palīdz noturēt ūdeni. Tātad ar laiku augsne kļūs auglīgāka un augiem viesmīlīgāka.

Tas nozīmē, ka ir spēcīgs stimuls sākt mēģinājumus audzēt augus, tiklīdz cilvēki uz Marsu ierodas uz noteiktu laiku. "Es domāju, ka jums ir jāsāk no pirmās ekspedīcijas, lai sāktu audzēt savu pārtiku. Pretējā gadījumā tas, visticamāk, nebūs iespējams, ”sacīja Wamelink. Agrīnās ekspedīcijas noteikti atnesa arī savu pārtiku, ja radīsies problēmas ar ražas augšanu. Bet viņi varētu sākt augsnes izmantošanas procesu.

Ir iespējams arī saglabāt kultivēto augsni starp misijām, ja vien tajā ir gaiss, gaisma un siltums. Varat sēt noteiktas kultūras, piemēram, neēdamus kāpostus, kurus var atstāt, lai mēslotu augsni, kamēr atrodaties prom. Tas ir tas pats princips, ko lauksaimnieki izmanto Wamelink dzimtenē Nīderlandē, lai ziemā uzlabotu augsni.

Vēl viens apsvērums ir tas, kā rīkoties ar augu apputeksnēšanu, lai iegūtu dāsnāku ražu un radītu sēklas nākotnes kultūrām. Daudzas augu sugas izmanto vēju, lai pārnēsātu putekšņus. Bet tas nozīmē, ka jums būs jāiestata gaisa plūsma Marsa dzīvotnē, kas nebūtu viegli. Tomēr ir vēl viena iespēja, proti, izmantot bites.

Bites ir lieliskas apputeksnētājas, un tās var atvest no Zemes, lai dzīvotu Marsa dzīvotnē. Kameņu karalienes, iespējams, varētu tikt ievietotas ziemas guļas stāvoklī, lai dotos kosmosa ceļojumā, un pēc tam atbrīvotas, lai izplatītos ap ziedputekšņiem.

Mušas ir vēl viena iespēja, un tām ir vēl viena priekšrocība: mušu kāpuri var būt ēdami un tikpat kūtri kā daudzi cilvēki. var būt par to ēšanu, tie varētu būt svarīgs olbaltumvielu avots veģetāriešiem vai vegāniem diēta.

Viss, kas mums vajadzīgs

Neskatoties uz daudzajām sarežģītībām pārtikas audzēšanā uz Marsa, teorētiski tas ir iespējams. Vēl ir jāizstrādā daudzas detaļas, taču principā mēs tur varēsim audzēt labību, ja vien astronauti nesīs līdzi pareizos materiālus. "Man ir iepirkumu saraksts!" Wamelink pajokoja.

Vienīgais ierobežojums, ko viņš uzsvēra, bija tas, ka visi šie eksperimenti ir balstīti uz pašlaik pieejamo Marsa simulantu, tāpēc rezultāti ir tik precīzi, cik ir simulants. Jautājums par perhlorātiem un to, kā tie varētu ietekmēt gan augus, gan cilvēkus, ir atklāts, un tādas nākotnes misijas Marsa parauga atgriešanai vajadzētu palīdzēt mums kļūt pārliecinātākiem par to, ko tieši mēs varam sagaidīt no Marsa vidi.

Tas nebūs viegli, taču astronauti kādu dienu varētu baudīt svaigus, Marsā audzētus dārzeņus kā ikdienas sastāvdaļu. "Jums ir jādara daudzas lietas, lai tas notiktu," brīdināja Vaimelinks, "taču mēs tagad zinām, kā to izdarīt."

Šis raksts ir daļa no Dzīve uz Marsa - 10 daļu sērija, kas pēta visprogresīvākās zinātnes un tehnoloģijas, kas ļaus cilvēkiem ieņemt Marsu

Redaktoru ieteikumi

• Kosmoloģiska pārvietošanās: sarežģītā loģistika cilvēku nosūtīšanai uz Marsa
• Piedziņas pilnveidošana: kā mēs nogādāsim cilvēkus uz Marsu
• Pilis no smiltīm: kā mēs veidosim biotopus ar Marsa augsni
• Mākslīgā atmosfēra: kā mēs uz Marsa izveidosim bāzi ar elpojošu gaisu
• Hidratācijas novākšana: kā topošie kolonisti radīs un savāks ūdeni uz Marsa