Astroagricultura: como cultivaremos alimentos em Marte

Se alguma vez esperamos enviar pessoas para viver em Marte por um longo período de tempo, precisaremos mantê-los aquecidos, seguros e bem alimentados. Esse último requisito representa um desafio em uma missão que pode transportar apenas uma quantidade limitada de suprimentos. Mesmo que os feijões enlatados não fossem tão pesados, ninguém quer sobreviver deles para uma missão de um ano.

O futuro da habitação em Marte requer frutas, vegetais e grãos recém-cultivados. Mas como você cultiva em um planeta venenoso e mortal como Marte? Para obter uma resposta, conversamos com três pesquisadores de Marte das áreas de ecologia, geologia e bioquímica.

Este artigo faz parte Vida em Marte – uma série de 10 partes que explora a ciência e a tecnologia de ponta que permitirão aos humanos ocupar Marte

Os fundamentos básicos

As plantas são coisas resistentes, mas têm alguns requisitos essenciais. Para crescer bem, eles precisam de calor, pressão atmosférica razoável e proteção contra radiação nociva. Seria um desafio fornecer essas coisas em Marte, exceto pelo fato de que os humanos também precisam de todas elas.

A solução mais simples seria que, seja qual for o habitat que você construir para abrigar os astronautas em Marte, você também construirá para abrigar todas as colheitas. Adicione algumas luzes LED simples e os astronautas podem facilmente cuidar de suas plantas à medida que crescem. A adição de luzes deve neutralizar quaisquer efeitos da menor gravidade de Marte, pois, mesmo em gravidade zero, as plantas criam raízes naturalmente longe das fontes de luz. O ambiente fechado ainda tem a vantagem de poder controlar condições como temperatura e umidade.

Wieger Wamelink, criador de plantas e ecologista da Universidade de Wageningen, um dos principais pesquisadores em agricultura na Lua e em Marte, disse ao Digital Trends que o cultivo de plantas no espaço é realmente muito comparável à agricultura urbana, o movimento para cultivar alimentos de forma eficiente em áreas urbanas. configurações. Muitas vezes, isso é feito com a criação de ambientes estéreis em habitats internos com luzes LED. Em princípio, disse ele, “isso é algo que você pode fazer em Marte, ou no deserto, se quiser, ou em uma cidade”.

Cultivando vida em solo morto

A maior barreira para o cultivo em Marte, porém, é a falta de algo aparentemente simples: a boa e velha terra. O solo na Terra está cheio de organismos vivos, bem como certos minerais, como fósforo e potássio, que as plantas usam. Marte não tem solo – em vez disso, tem um material morto e empoeirado chamado regolito cobrindo sua superfície.

Não sabemos os detalhes exatos do que este regolito é composto, e pode ter diferentes composições em diferentes regiões. Mas temos uma ideia aproximada do que há nele, o que permitiu à NASA desenvolver um simulador de regolito. Esta é essencialmente uma recriação do solo marciano com base em nosso conhecimento atual da superfície do planeta.

Isso significa que você pode experimentar o “solo” marciano aqui na Terra. Embora o simulador não seja barato, é disponível para compra para fins de pesquisa. Cerca de uma década atrás, Wamelink se perguntou se o simulador poderia ser usado para cultivar e investigou o assunto. “O que descobri”, disse ele, “para minha surpresa, devo dizer, é que ninguém nunca tentou isso.”

Então ele começou plantando sementes em Marte, lua e solo terrestre para comparar seu crescimento. Em seus primeiros experimentos, Wamelink esperava que as plantas lutassem no simulador de Marte. “É um solo muito pobre em nutrientes”, explicou. Não contém matéria orgânica e contém metais pesados ​​que podem impedir a germinação das plantas. “Minhas expectativas eram muito baixas”, disse ele.

Sua equipe plantou 4.200 sementes de 14 espécies diferentes, esperando que a maioria morresse. Mas os resultados foram muito diferentes do que os pesquisadores previram. Quase todas as sementes germinaram – algumas delas em 24 horas. Isso realmente causou problemas, Wamelink disse rindo, porque a equipe de repente teve que cuidar de uma enorme colheita de mais de 4.000 plantas.

As plantas exigiam muita rega cuidadosa porque o regolito é hidrofóbico, o que significa que não absorve muita umidade. Portanto, os futuros agricultores marcianos precisarão bastante água para manter suas colheitas crescendo.

E enquanto as plantas cresceram no simulador de regolito de Marte, elas atingiram apenas alguns centímetros de altura e não produziram nada comestível. Para que as plantas cresçam até o tamanho normal e produzam vegetais, você precisa adicionar nutrientes.

Fertilizando o solo

Um componente chave que falta no solo de Marte no que diz respeito às plantas é a matéria orgânica. A matéria orgânica é uma fonte particularmente importante de nutrientes quando decomposta por bactérias, o que significa que também precisaremos adicionar bactérias a futuras regiões de cultivo.

Felizmente, como colônias ambulantes de micróbios, os humanos estão repletos de bactérias. Portanto, embora seja um conceito bastante desagradável, temos uma maneira de adquiri-los. O método mais eficiente seria preservar a urina e as fezes produzidas pelos astronautas em sua viagem de um mês a Marte e adicioná-las ao regolito para cultivar bactérias. Se você já viu o filme o marciano, onde o astronauta perdido Mark Watney cultiva batatas no solo de Marte com o esgoto dele e de seus companheiros de tripulação, é o mesmo conceito. No entanto, para manter todos saudáveis, você precisa tomar medidas para eliminar quaisquer patógenos que possam ser transmitidos por meio de dejetos humanos.

Você pode ajudar no processo de digestão da matéria orgânica e reciclá-la no solo, introduzindo minhocas. Mesmo em Marte, as minhocas são as melhores amigas do jardineiro, pois digerem matéria orgânica e produzem fertilizante juntamente com a escavação de túneis que fornecem importante aeração e retenção de água para a planta raízes para crescer. “Acho que eles são essenciais para um bom sistema”, disse Wamelink. Além disso, os ovos de vermes podem ser armazenados por muito tempo, tornando-os potencialmente transportáveis ​​para Marte.

Depois que seu regolito de Marte estiver enriquecido com nutrientes, matéria orgânica, bactérias e vermes, você poderá começar a plantar sementes. As sementes podem ser trazidas da Terra sem muitos problemas, pois são pequenas e leves.

Os futuros moradores de Marte podem ter uma escolha de dieta mais variada do que você imagina. Wamelink me disse que todos os tipos de plantas comestíveis podem crescer no simulador de regolito marciano. Assim, enquanto os sistemas hidropônicos usados ​​em lugares como a Estação Espacial Internacional, onde as plantas são cultivadas não no solo, mas suspensos em uma solução nutritiva, são mais adequados para o cultivo de folhas verdes do que vegetais amiláceos, você pode cultivar praticamente qualquer coisa no solo. O simulador de regolito de Marte tem sido usado para cultivar batatas, vagens, tomates, cenouras, rabanetes, trigo, centeio e muito mais.

Livrar-se das nojeiras

Uma das preocupações sobre a segurança do solo de Marte é a presença de metais pesados ​​perigosos. “Não é apenas zinco, do qual precisamos um pouco, mas também cádmio, chumbo, mercúrio – todas as coisas que você não quer em sua comida”, disse Wamelink.

No entanto, isso não é necessariamente um problema tão grande quanto você pode pensar. “Isso não é muito diferente da Terra”, apontou, já que metais pesados ​​também podem ser encontrados em nosso solo. A questão é se esses metais pesados ​​estão ligados de forma a impedir que sejam liberados no solo e posteriormente absorvidos pelas plantas.

A boa notícia é que, quando os vegetais cultivados no simulador foram analisados, eles foram considerados seguros para consumo. Os metais pesados ​​estavam abaixo dos níveis perigosos em todos os alimentos e, em alguns casos, os níveis eram ainda mais baixos no regolito. vegetais do que nos vegetais cultivados em solo para vasos regular, talvez devido a poluentes como escapamento de carros que contaminam o solo aqui na terra.

Há também uma preocupação sobre o quão ácido é o solo na Lua e em Marte, o que pode limitar a capacidade das plantas de acessar outra molécula essencial, o fosfato. Uma nova área de pesquisa sendo considerada é se adicionar certos tipos de fungos ao regolito poderia resolver este problema.

“Podemos levar fungos conosco para Marte que podem realmente crescer em rochas e liberar fosfatos”, sugeriu Wamelink como um futuro caminho para exploração. “Eles vivem em simbiose com as raízes das plantas.”

O problema dos percloratos

Talvez a maior barreira para o cultivo seguro de alimentos em Marte seja a questão dos percloratos, substâncias químicas encontradas no regolito que são tóxicas tanto para humanos quanto para plantas. Estes são tão perigosos que não são incluídos em amostras de simuladores por motivos de saúde.

Pesquisa recente sugeriu que a presença desses percloratos no regolito pode ser um problema maior do que se pensava anteriormente. Quando os pesquisadores pegaram o simulador de regolito e adicionaram perclorato de cálcio em quantidades semelhantes às encontradas em Marte, as plantas não conseguiram crescer nele, mesmo quando nutrientes extras foram adicionados.

Isso não significa que temos que desistir do sonho de comida cultivada em Marte. Andrew Palmer, do Instituto de Tecnologia da Flórida, autor sênior do estudo, disse à Digital Trends em um e-mail que, embora a presença de percloratos em Marte seja um desafio para os alimentos produção, “não é um obstáculo”. Deve ser possível introduzir microrganismos ou plantas específicas no ecossistema para limpar as toxinas do regolito em um processo chamado biorremediação. “Esses ajudantes são jogadores comuns em nossos ecossistemas na Terra. Não há razão para ignorarmos seu potencial de contribuir para o ecossistema que estamos projetando para nossos colonos marcianos”, disse ele.

Outro pesquisador envolvido em estudos sobre a viabilidade do regolito para cultivo, Laura Fackrell, da Universidade da Geórgia, concorda que os percloratos são um desafio, mas não insuperável. Ela sugeriu que os percloratos poderiam ser limpos do regolito usando bactérias, pois existem várias espécies de bactérias que podem consumir ou degradar percloratos, algumas das quais são usadas para limpando a água contaminada aqui na Terra. Mas também há desafios aqui. Essa reação produz oxigênio e cloreto – e embora o cloreto não seja tóxico e possa ser benéfico para o crescimento das plantas, muito pode prejudicar ou até mesmo matar as plantas. Precisamos de mais pesquisas para saber quais seriam seus efeitos na vida vegetal. “Não temos dados suficientes para dizer se a quantidade de cloreto produzida por esse processo seria demais para as plantas, mas é provável que seja”, disse ela.

Outra solução potencial seria literalmente lavar os percloratos do regolito. Os percloratos são uma espécie de sal e são solúveis em água, portanto, enxaguar o regolito os removeria. “No entanto, isso também pode remover outros nutrientes, como nitratos”, alertou Fackrell. Sem mencionar os problemas com o uso de água preciosa para esse fim.

A presença de percloratos não é necessariamente uma má notícia. Fackrell apontou que ter bactérias consumindo percloratos para limpar o solo produziria o subproduto útil de oxigênio, que poderia fazer parte de um sistema sustentável para atender às necessidades dos astronautas: “Os percloratos representam uma desafio; no entanto, eles também apresentam oportunidade de serem transformados em um recurso para oxigênio”.

Configurando um sistema

Ajuda pensar em estabelecer a agricultura em Marte como um jogo de longo prazo. O objetivo não é apenas cultivar uma única colheita, mas estabelecer um sistema sustentável.

A primeira colheita é a mais difícil. Uma vez feito isso e as bactérias estabelecidas, qualquer matéria vegetal que sobrar das colheitas anteriores pode ser adicionada de volta ao solo, o que adiciona nutrientes e ajuda a reter a água. Assim, com o tempo, o solo se tornará mais fértil e mais hospitaleiro para as plantas.

Isso significa que há um forte ímpeto para iniciar tentativas de cultivar plantas assim que os humanos chegarem a Marte por qualquer período de tempo. “Acho que você tem que começar desde a primeira expedição para começar a cultivar sua própria comida. Caso contrário, provavelmente não será possível”, disse Wamelink. As primeiras expedições certamente também traziam sua própria comida, caso houvesse problemas com o crescimento das plantações. Mas eles poderiam começar o processo de tornar o solo utilizável.

Também é possível preservar o solo cultivado entre as missões, desde que tenha ar, luz e calor. Você pode semear certas culturas, como tipos de repolho não comestíveis, que podem ser deixados para fertilizar o solo enquanto você estiver fora. Este é o mesmo princípio que os agricultores usam na Holanda, país natal de Wamelink, para melhorar o solo durante o inverno.

Outra consideração é como você lida com a polinização das plantas, tanto para uma colheita mais generosa quanto para criar sementes para safras futuras. Muitas espécies de plantas usam o vento para transportar seu pólen. Mas isso significa que você precisaria configurar o fluxo de ar em um habitat de Marte, o que não seria fácil. Há outra opção, porém, que é usar abelhas.

As abelhas são excelentes polinizadores e podem ser trazidas da Terra para viver em um habitat marciano. As abelhas rainhas poderiam ser colocadas em hibernação para uma viagem espacial e depois liberadas para se espalhar pelo pólen.

As moscas são outra opção e têm outra vantagem: as larvas de moscas podem ser comestíveis e tão delicadas quanto muitas pessoas pode ser sobre comê-los, eles podem fornecer uma importante fonte de proteína em uma dieta vegetariana ou vegana dieta.

Tudo o que precisamos

Apesar das muitas complexidades do cultivo de alimentos em Marte, isso é teoricamente possível. Ainda há muitos detalhes a serem resolvidos, mas, a princípio, podemos cultivar lá, desde que os astronautas tragam os materiais certos com eles. “Eu tenho uma lista de compras!” Wamelink brincou.

A única limitação que ele enfatizou foi que todos esses experimentos foram baseados no simulador de Marte atualmente disponível, de modo que os resultados são tão precisos quanto o simulador. A questão dos percloratos e como eles podem afetar as plantas e os seres humanos é uma questão em aberto, e futuras missões como o Mars Sample Return deve nos ajudar a ter mais certeza sobre exatamente o que podemos esperar do Mars ambiente.

Não será fácil, mas os astronautas poderão um dia desfrutar de vegetais frescos cultivados em Marte como parte diária de sua dieta. “Você tem que fazer muitas coisas para fazê-lo funcionar”, alertou Wamelink, “mas agora sabemos como fazê-lo”.

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