Als we ooit hopen mensen naar toe te sturen leven op Mars voor een langere periode moeten we ze warm, veilig en goed gevoed houden. Die laatste vereiste vormt een uitdaging op een missie die slechts een beperkte hoeveelheid voorraden kan vervoeren. Zelfs als bonen in blik niet zo zwaar waren, wil niemand er een jaar lang van leven.
Inhoud
- De basisbehoeften
- Leven cultiveren in dode grond
- Bemesten van de grond
- Het wegwerken van de nare dingen
- Het probleem van perchloraten
- Een systeem opzetten
- Alles wat we nodig hebben
De toekomst van bewoning op Mars vereist vers geteeld fruit, groenten en granen. Maar hoe boer je op een giftige, dodelijke planeet als Mars? Om een antwoord te krijgen, spraken we met drie Mars-onderzoekers op het gebied van ecologie, geologie en biochemie.
Aanbevolen video's
Dit artikel is onderdeel van Leven op Mars – een 10-delige serie die de allernieuwste wetenschap en technologie onderzoekt waarmee mensen Mars kunnen bezetten
De basisbehoeften
Planten zijn winterharde dingen, maar ze hebben enkele essentiële vereisten. Om goed te kunnen groeien, hebben ze warmte, een redelijke atmosferische druk en bescherming tegen schadelijke straling nodig. Die dingen zouden een uitdaging zijn om op Mars te voorzien, behalve dat mensen ze ook allemaal nodig hebben.
De eenvoudigste oplossing zou zijn dat welke habitat je ook bouwt om astronauten op Mars te huisvesten, je ook bouwt om alle gewassen te huisvesten. Voeg een paar eenvoudige LED-lampjes toe en de astronauten kunnen hun planten gemakkelijk verzorgen terwijl ze groeien. Het toevoegen van licht zou de effecten van de lagere zwaartekracht van Mars moeten tegengaan, aangezien planten, zelfs zonder zwaartekracht, van nature wortels groeien weg van lichtbronnen. De afgesloten omgeving heeft zelfs als voordeel dat je omstandigheden als temperatuur en luchtvochtigheid kunt regelen.
Wieger Wamelink, plantenveredelaar en ecoloog aan de Wageningen Universiteit en een van de leidende onderzoekers op het gebied van landbouw op de maan en Mars, vertelde Digital Trends dat het kweken van planten in de ruimte eigenlijk heel vergelijkbaar is met stadslandbouw, de beweging om efficiënt voedsel te verbouwen in de stad instellingen. Vaak wordt dat bereikt door steriele omgevingen op te zetten in binnenhabitats met LED-verlichting. In principe, zei hij, "dat is iets wat je kunt doen op Mars, of in de woestijn als je wilt, of in een stad."
Leven cultiveren in dode grond
De grootste barrière voor het verbouwen van gewassen op Mars is echter het ontbreken van iets ogenschijnlijk eenvoudigs: goed ouderwets vuil. De bodem op aarde zit vol met levende organismen en bepaalde mineralen, zoals fosfor en kalium, die planten gebruiken. Mars heeft geen aarde - in plaats daarvan heeft het een dood, stoffig materiaal genaamd regoliet dat het oppervlak bedekt.
We weten niet de exacte details waaruit deze regoliet bestaat, en het kan verschillende samenstellingen hebben in verschillende regio's. Maar we hebben wel een globaal idee van wat erin zit, waardoor NASA een regoliet-simulant kon ontwikkelen. Dit is in wezen een herschepping van de bodem van Mars op basis van onze huidige kennis van het oppervlak van de planeet.
Dat betekent dat je hier op aarde kunt experimenteren met de "bodem" van Mars. Hoewel de simulant niet goedkoop is, is het dat wel beschikbaar om te kopen Voor onderzoeksdoeleinden. Ongeveer tien jaar geleden vroeg Wamelink zich af of de simulant gebruikt kon worden om gewassen te verbouwen en onderzocht het onderwerp. "Wat ik ontdekte," zei hij, "tot mijn verbazing moet ik zeggen dat niemand dat ooit heeft geprobeerd."
Dus begon hij zaden planten in Mars-, maan- en aardegrond om hun groei te vergelijken. In zijn eerste experimenten verwachtte Wamelink dat planten het moeilijk zouden hebben in de Mars-simulant. "Het is een zeer voedselarme bodem", legde hij uit. Er zit geen organisch materiaal in en het bevat zware metalen die kunnen voorkomen dat planten ontkiemen. "Mijn verwachtingen waren erg laag", zei hij.
Zijn team plantte 4.200 zaden van 14 verschillende soorten, in de verwachting dat de meeste zouden sterven. Maar de resultaten waren heel anders dan de onderzoekers hadden voorspeld. Bijna alle zaden ontkiemden - sommige binnen 24 uur. Dit zorgde eigenlijk voor problemen, zei Wamelink lachend, omdat het team opeens een enorme oogst van meer dan 4.000 planten moest verzorgen.
De planten hadden veel water nodig omdat de regoliet hydrofoob is, wat betekent dat het niet veel vocht opneemt. Dus toekomstige Mars-boeren zullen het nodig hebben genoeg water om hun gewassen te laten groeien.
En hoewel de planten groeiden in de Mars regoliet-simulant, bereikten ze slechts enkele centimeters hoog en produceerden ze niets eetbaars. Om planten tot volledige grootte te laten groeien en groenten te laten produceren, moet je voedingsstoffen toevoegen.
Bemesten van de grond
Een belangrijk onderdeel dat Marsbodem voor planten mist, is organisch materiaal. Organische stof is een bijzonder belangrijke bron van voedingsstoffen wanneer het wordt afgebroken door bacteriën, wat betekent dat we ook bacteriën moeten toevoegen aan toekomstige teeltgebieden.
Gelukkig zitten mensen als wandelende kolonies van microben vol met bacteriën. Dus hoewel het een nogal onaangenaam concept is, hebben we een manier om ze te verwerven. De meest efficiënte methode zou zijn om de urine en uitwerpselen geproduceerd door astronauten tijdens hun maandenlange reis naar Mars te bewaren en vervolgens toe te voegen aan de regoliet om bacteriën te kweken. Als je de film hebt gezien De marsman, waar de verdwaalde astronaut Mark Watney aardappelen kweekt in Marsgrond met het afvalwater van hem en zijn bemanningsleden, het is hetzelfde concept. Om iedereen gezond te houden, moet u echter stappen ondernemen om ziekteverwekkers te doden die via menselijk afval kunnen worden overgedragen.
Je zou kunnen helpen bij het verteren van organisch materiaal en het recyclen ervan in de bodem door wormen te introduceren. Zelfs op Mars zijn regenwormen de beste vriend van een tuinman, omdat ze organisch materiaal verteren en produceren kunstmest samen met het graven van tunnels die zorgen voor belangrijke beluchting en waterretentie voor de plant wortels om te groeien. "Ik denk dat ze essentieel zijn voor een goed systeem", zei Wamelink. Bovendien kunnen wormeieren lange tijd worden bewaard, waardoor ze mogelijk naar Mars kunnen worden getransporteerd.
Zodra uw Mars-regoliet is verrijkt met voedingsstoffen, organisch materiaal, bacteriën en wormen, kunt u beginnen met het planten van zaden. Zaden kunnen zonder al te veel moeite van de aarde worden gehaald omdat ze klein en licht zijn.
Toekomstige Marsbewoners hebben misschien een meer gevarieerde keuze aan voeding dan je je kunt voorstellen. Wamelink vertelt me dat er allerlei eetbare planten kunnen groeien in de Martiaanse regolietsimulant. Dus terwijl de hydrocultuursystemen die worden gebruikt in plaatsen zoals het internationale ruimtestation ISS, waar planten niet in de grond worden gekweekt, maar gesuspendeerd in een voedingsoplossing, beter geschikt zijn voor het kweken van bladgroenten dan zetmeelrijke groenten, kun je praktisch telen alles in de grond. Mars regoliet-simulant is gebruikt om aardappelen, sperziebonen, tomaten, wortelen, radijzen, tarwe, rogge en meer te verbouwen.
Het wegwerken van de nare dingen
Een van de zorgen over de veiligheid van Marsbodem is de aanwezigheid van gevaarlijke zware metalen. "Het is niet alleen zink, waar we een klein beetje van nodig hebben, maar ook cadmium, lood, kwik - allemaal dingen die je niet in je eten wilt", zei Wamelink.
Dat is echter niet per se zo'n groot probleem als je zou denken. "Dat is niet echt anders dan op aarde", merkte hij op, aangezien er ook zware metalen in onze bodem te vinden zijn. De vraag is of deze zware metalen zo gebonden zijn dat ze niet in de bodem terechtkomen en vervolgens door planten worden opgenomen.
Voedsel verbouwen op Mars | MARS: Hoe te overleven op Mars
Het goede nieuws is dat toen groenten die in de simulant werden gekweekt, werden geanalyseerd, ze veilig bleken te zijn om te eten. Zware metalen bevonden zich in al het voedsel onder gevaarlijke niveaus, en in sommige gevallen waren de niveaus zelfs nog lager in de regoliet-gekweekte groenten dan in de groenten die in gewone potgrond worden gekweekt, misschien door verontreinigende stoffen zoals auto-uitlaatgassen die hier de grond verontreinigen op aarde.
Er bestaat ook bezorgdheid over de zuurgraad van de grond op de maan en Mars, wat het vermogen van de planten om toegang te krijgen tot een ander essentieel molecuul, fosfaat, zou kunnen beperken. Een nieuw onderzoeksgebied dat wordt overwogen, is of toevoegen bepaalde soorten schimmels naar de regoliet zou dit probleem kunnen oplossen.
"We kunnen schimmels meenemen naar Mars die daadwerkelijk in rotsen kunnen groeien en fosfaten kunnen afgeven", suggereerde Wamelink als een toekomstige weg voor onderzoek. “Ze leven in symbiose met de wortels van de planten.”
Het probleem van perchloraten
Misschien wel de grootste belemmering voor het veilig verbouwen van voedsel op Mars is de kwestie van perchloraten, chemicaliën die in de regoliet worden aangetroffen en die giftig zijn voor zowel mensen als planten. Deze zijn zo gevaarlijk dat ze om gezondheidsredenen niet in simulatiemonsters worden opgenomen.
Recent onderzoek heeft gesuggereerd dat de aanwezigheid van deze perchloraten in de regoliet een groter probleem zou kunnen zijn dan eerder werd gedacht. Toen onderzoekers regoliet-simulant namen en calciumperchloraat toevoegden in hoeveelheden die vergelijkbaar waren met die op Mars, konden planten er niet in groeien, zelfs niet als er extra voedingsstoffen werden toegevoegd.
Dat betekent echter niet dat we de droom van op Mars gekweekt voedsel moeten opgeven. Andrew Palmer van het Florida Institute of Technology, senior auteur van de studie, vertelde Digital Trends in een e-mail dat hoewel de aanwezigheid van perchloraten op Mars een uitdaging vormt voor voedsel productie, "het is geen dealbreaker." Het zou mogelijk moeten zijn om micro-organismen of specifieke planten in het ecosysteem te introduceren om de gifstoffen uit de regoliet te verwijderen in een proces genaamd bioremediatie. “Zulke helpers zijn gewone spelers in onze ecosystemen op aarde. Er is geen reden waarom we hun potentieel om bij te dragen aan het ecosysteem dat we aan het ontwerpen zijn voor onze Martiaanse kolonisten, zouden moeten negeren', zei hij.
Een andere onderzoeker die betrokken is bij studies over de levensvatbaarheid van regoliet voor het verbouwen van gewassen, Laura Fackrell van de Universiteit van Georgia, was het ermee eens dat perchloraten een uitdaging waren, maar niet onoverkomelijk. Ze suggereerde dat perchloraten met behulp van bacteriën uit de regoliet kunnen worden verwijderd, aangezien er meerdere bacteriesoorten zijn die perchloraten kunnen consumeren of afbreken, waarvan sommige worden gebruikt voor het reinigen van verontreinigd water hier op aarde. Maar ook hier zijn er uitdagingen. Deze reactie produceert zowel zuurstof als chloride - en hoewel chloride niet giftig is en gunstig kan zijn voor de plantengroei, kan te veel ervan planten beschadigen of zelfs doden. We hebben meer onderzoek nodig om te weten wat de effecten ervan op het plantenleven zouden zijn. "We hebben niet genoeg gegevens om te zeggen of de hoeveelheid chloride die door dit proces wordt geproduceerd te veel zou zijn voor planten, maar dat is waarschijnlijk het geval," zei ze.
Een andere mogelijke oplossing zou zijn om de perchloraten letterlijk uit de regoliet te spoelen. Perchloraten zijn een soort zout en zijn oplosbaar in water, dus het spoelen van de regoliet zou ze verwijderen. "Dit kan echter ook andere voedingsstoffen zoals nitraten verwijderen," waarschuwde Fackrell. Om nog maar te zwijgen van de problemen met het gebruik van kostbaar water voor dit doel.
Verwant
- Kosmische communicatie: hoe de eerste mensen op Mars met de aarde zullen communiceren
- Astropsychologie: hoe gezond te blijven op Mars
- Energiecentrales op andere planeten: hoe we elektriciteit opwekken op Mars
De aanwezigheid van perchloraten is echter niet noodzakelijk allemaal slecht nieuws. Fackrell wees erop dat als bacteriën perchloraten consumeren om de grond schoon te maken, het nuttige bijproduct van zou ontstaan zuurstof, dat deel zou kunnen uitmaken van een duurzaam systeem om aan de behoeften van astronauten te voldoen: “Perchloraten vertegenwoordigen een zeer reëel uitdaging; ze bieden echter ook de mogelijkheid om te worden omgezet in een bron voor zuurstof.
Een systeem opzetten
Het helpt om na te denken over het opzetten van landbouw op Mars als een langetermijnspel. Het doel is niet alleen om een enkele oogst te verbouwen, maar om een duurzaam systeem op te zetten.
De eerste oogst is het moeilijkst. Zodra dat is gebeurd en de bacteriën zich hebben gevestigd, kan al het plantenmateriaal dat overblijft van eerdere oogsten weer aan de grond worden toegevoegd, wat zowel voedingsstoffen toevoegt als helpt om water vast te houden. Dus na verloop van tijd wordt de grond vruchtbaarder en gastvrijer voor planten.
Dat betekent dat er een sterke impuls is om te beginnen met pogingen om planten te laten groeien zodra mensen voor langere tijd op Mars arriveren. “Ik denk dat je vanaf de eerste expeditie moet beginnen om je eigen voedsel te gaan verbouwen. Anders is het hoogstwaarschijnlijk niet mogelijk om dit te doen, 'zei Wamelink. De vroege expedities zouden zeker ook hun eigen voedsel meenemen, voor het geval er problemen waren met de groei van gewassen. Maar ze konden beginnen met het proces om de grond bruikbaar te maken.
Het is ook mogelijk om de gecultiveerde grond tussen missies in te bewaren zolang deze lucht, licht en warmte heeft. Je kunt bepaalde gewassen zaaien, zoals niet-eetbare koolsoorten, die kunnen worden overgelaten om de grond te bemesten terwijl je weg bent. Dit is hetzelfde principe dat boeren in thuisland Nederland van Wamelink gebruiken om hun grond in de winter te verbeteren.
Een andere overweging is hoe je omgaat met de bestuiving van planten, zowel voor een genereuzere oogst als om zaden te creëren voor toekomstige gewassen. Veel plantensoorten gebruiken de wind om hun stuifmeel te vervoeren. Maar dat betekent dat je een luchtstroom in een Mars-habitat moet opzetten, wat niet gemakkelijk zou zijn. Er is echter nog een andere optie, namelijk het gebruik van bijen.
Bijen zijn uitstekende bestuivers en kunnen van de aarde worden gehaald om in een habitat van Mars te leven. Hommelkoninginnen kunnen mogelijk in winterslaap worden gebracht voor een ruimtereis en vervolgens worden losgelaten om zich rond het stuifmeel te verspreiden.
Vliegen zijn een andere optie, en ze hebben nog een ander voordeel: vliegenlarven kunnen eetbaar zijn en net zo preuts als veel mensen kan gaan over het eten ervan, ze kunnen een belangrijke eiwitbron zijn voor een overigens vegetariër of veganist eetpatroon.
Alles wat we nodig hebben
Ondanks de vele complexiteiten van het verbouwen van voedsel op Mars, is het theoretisch mogelijk. Er moeten nog veel details worden uitgewerkt, maar in principe kunnen we daar mogelijk gewassen telen, mits astronauten de juiste materialen meebrengen. "Ik heb een boodschappenlijstje!" grapte Wamelink.
De enige beperking die hij benadrukte, was dat al deze experimenten zijn gebaseerd op de momenteel beschikbare Mars-simulant, dus de resultaten zijn slechts zo nauwkeurig als de simulant. De kwestie van perchloraten en hoe ze zowel planten als mensen kunnen beïnvloeden, is een open vraag, net als toekomstige missies de Mars Sample Return zou ons moeten helpen meer zekerheid te krijgen over wat we precies van de Mars kunnen verwachten omgeving.
Het zal niet gemakkelijk zijn, maar astronauten zouden op een dag kunnen genieten van verse, op Mars gekweekte groenten als een alledaags onderdeel van hun dieet. "Je moet veel dingen doen om het op gang te krijgen," waarschuwde Wamelink, "maar we weten nu hoe het moet."
Dit artikel is onderdeel van Leven op Mars – een 10-delige serie die de allernieuwste wetenschap en technologie onderzoekt waarmee mensen Mars kunnen bezetten
Aanbevelingen van de redactie
- Een kosmologisch woon-werkverkeer: de lastige logistiek om mensen op Mars te zetten
- De voortstuwing perfectioneren: hoe we mensen naar Mars krijgen
- Kastelen gemaakt van zand: hoe we leefgebieden zullen maken met Marsgrond
- Kunstmatige atmosferen: hoe we een basis met ademende lucht op Mars zullen bouwen
- Hydratatie oogsten: hoe toekomstige kolonisten water op Mars zullen creëren en verzamelen
