Astroagricultura: como cultivaremos alimentos em Marte

Se algum dia quisermos enviar pessoas para viver em Marte por um longo período de tempo, precisaremos mantê-los aquecidos, seguros e bem alimentados. Este último requisito representa um desafio para uma missão que só pode transportar uma quantidade limitada de suprimentos. Mesmo que os feijões enlatados não fossem tão pesados, ninguém quer sobreviver com eles durante 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 resistentes, mas têm alguns requisitos essenciais. Para crescerem bem, eles precisam de calor, pressão atmosférica razoável e proteção contra radiações prejudiciais. 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 qualquer habitat que você construísse para abrigar os astronautas em Marte, você também construísse para abrigar todas as plantações. Adicione algumas luzes LED simples e os astronautas poderão facilmente cuidar de suas plantas à medida que crescem. A adição de luzes deve neutralizar quaisquer efeitos da menor gravidade de Marte, uma vez que, mesmo em gravidade zero, as plantas criam raízes naturalmente longe das fontes de luz. O ambiente selado tem ainda a vantagem de poder controlar condições como temperatura e umidade.

Wieger Wamelink, criador de plantas e ecologista da Universidade de Wageningen e um dos principais pesquisadores em agricultura na Lua e em Marte, disse à Digital Trends que o cultivo de plantas no espaço é, na verdade, muito comparável à agricultura urbana, o movimento para cultivar alimentos de forma eficiente nas áreas urbanas. configurações. Muitas vezes, isso é conseguido através da criação de ambientes estéreis em habitats interiores 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 a 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 da Terra está cheio de organismos vivos, bem como de certos minerais, como fósforo e potássio, que as plantas utilizam. Marte não tem solo – em vez disso, tem um material morto e empoeirado chamado regolito cobrindo sua superfície.

Não sabemos os detalhes exatos da composição deste regolito e pode ter composições diferentes em regiões diferentes. Mas temos uma ideia aproximada do que contém, o que permitiu à NASA desenvolver um simulador de regolito. Esta é essencialmente uma recriação do solo marciano com base no nosso conhecimento atual da superfície do planeta.

Isso significa que você pode fazer experiências com o “solo” marciano aqui na Terra. Embora o simulador não seja barato, é disponível para compra para fins de pesquisa. Há cerca de uma década, Wamelink se perguntou se o simulador poderia ser usado para o cultivo 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, na Lua e no solo da Terra para comparar seu crescimento. Nas suas primeiras experiências, Wamelink esperava que as plantas tivessem dificuldades no simulador de Marte. “É um solo muito pobre em nutrientes”, explicou ele. 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 delas morresse. Mas os resultados foram muito diferentes do que os pesquisadores previram. Quase todas as sementes germinaram – algumas delas em 24 horas. Na verdade, isso causou problemas, disse Wamelink 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 embora as plantas tenham crescido no simulador de regolito de Marte, atingiram apenas alguns centímetros de altura e não produziram nada comestível. Para fazer com que as plantas cresçam até o tamanho máximo e produzam vegetais, você precisa adicionar nutrientes.

Fertilizando o solo

Um componente-chave que falta ao 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 precisaremos adicionar bactérias também 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 forma de adquiri-los. O método mais eficiente seria preservar a urina e as fezes produzidas pelos astronautas na sua viagem de meses a Marte e depois adicioná-las ao regolito para cultivar bactérias. Se você viu o filme O marciano, onde o astronauta perdido Mark Watney cultiva batatas em solo de Marte com o esgoto dele e de seus companheiros de tripulação, é o mesmo conceito. No entanto, para manter todos saudáveis, seria necessário tomar medidas para eliminar quaisquer patógenos que possam ser transmitidos através de dejetos humanos.

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

Assim que o 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 habitantes 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, embora os sistemas hidropónicos utilizados em locais como a Estação Espacial Internacional, onde as plantas não são cultivadas no solo, mas suspensos em uma solução nutritiva, são mais adequados para o cultivo de folhas verdes do que vegetais ricos em amido, você pode cultivar praticamente qualquer coisa no solo. O simulador de regolito de Marte tem sido usado para cultivar batatas, feijão verde, tomate, cenoura, rabanete, trigo, centeio e muito mais.

Livrando-se das coisas desagradáveis

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

No entanto, isso não é necessariamente um problema tão grande quanto você imagina. “Isso não é muito diferente da Terra”, ressaltou, já que metais pesados ​​também podem ser encontrados em nosso solo. A questão é saber se estes metais pesados ​​estão ligados de uma forma que os impeça de serem libertados no solo e posteriormente absorvidos pelas plantas.

A boa notícia é que quando os vegetais cultivados no simulador foram analisados, descobriu-se que eram 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 nos cultivos de regolito. vegetais do que nos vegetais cultivados em solo normal para vasos, talvez devido a poluentes como escapamentos 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 poderia limitar a capacidade das plantas de aceder a outra molécula essencial, o fosfato. Uma nova área de pesquisa que está sendo considerada é se a adição certos tipos de fungos ao regolito poderia resolver esse problema.

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

O problema dos percloratos

Talvez a maior barreira ao cultivo seguro de alimentos em Marte seja a questão dos percloratos, substâncias químicas encontradas no regolito que são tóxicas tanto para os seres humanos como para as plantas. Eles são tão perigosos que não são incluídos nas amostras do simulador 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 tenhamos que desistir do sonho dos alimentos cultivados em Marte. Andrew Palmer, do Instituto de Tecnologia da Flórida, autor sênior do estudo, disse à Digital Trends por e-mail que, embora a presença de percloratos em Marte seja um desafio para a alimentação produção, “não é um obstáculo”. Deveria ser possível introduzir microrganismos ou plantas específicas no ecossistema para limpar as toxinas do regolito em um processo denominado biorremediação. “Esses ajudantes são atores comuns em nossos ecossistemas na Terra. Não há razão para ignorarmos o seu potencial de contribuir para o ecossistema que estamos a conceber para os nossos colonos marcianos”, disse ele.

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

Outra solução potencial seria literalmente lavar os percloratos do regolito. Os percloratos são um tipo de sal solúvel 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 fazer com que as bactérias consumissem percloratos para limpar o solo produziria o subproduto útil do oxigênio, que poderia fazer parte de um sistema sustentável para atender às necessidades dos astronautas: “Os percloratos representam uma solução muito real desafio; no entanto, também apresentam a oportunidade de serem transformados num recurso de oxigénio.”

Configurando um sistema

Ajuda pensar na criação da agricultura em Marte como um jogo de longo prazo. O objectivo não é apenas produzir 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 tenha sobrado de colheitas anteriores pode ser adicionada de volta ao solo, o que adiciona nutrientes e ajuda a reter água. Assim, com o tempo, o solo se tornará mais fértil e mais hospitaleiro para as plantas.

Isso significa que há um forte impulso para iniciar tentativas de cultivo de plantas assim que os humanos chegarem a Marte, por qualquer período de tempo. “Acho que é preciso começar desde a primeira expedição para começar a cultivar seus próprios alimentos. Caso contrário, provavelmente não será possível fazê-lo”, disse Wamelink. As primeiras expedições certamente trariam também a sua própria comida, caso houvesse problemas com o crescimento das colheitas. Mas eles poderiam iniciar 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 nos Países Baixos, país natal de Wamelink, para melhorar o seu 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 colheitas futuras. Muitas espécies de plantas usam o vento para transportar o pólen. Mas isso significa que seria necessário configurar o fluxo de ar num habitat de Marte, o que não seria fácil. Existe outra opção, porém, que é usar abelhas.

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

As moscas são outra opção e têm outra vantagem: as larvas das moscas podem ser comestíveis e tão sensíveis 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, em princípio, poderemos ser capazes de cultivar lá, desde que os astronautas tragam consigo os materiais certos. “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, portanto 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 retorno da amostra de Marte deve nos ajudar a ter mais certeza sobre o que exatamente podemos esperar do Marte ambiente.

Não será fácil, mas os astronautas poderão um dia desfrutar de vegetais frescos cultivados em Marte como parte diária da sua dieta. “É preciso fazer muitas coisas para que isso funcione”, advertiu Wamelink, “mas agora sabemos como fazê-lo”.

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