Astropoľnohospodárstvo: Ako budeme pestovať jedlo na Marse

Ak niekedy dúfame, že pošleme ľudí do žiť na Marse na dlhší čas ich budeme musieť udržiavať v teple, bezpečí a dobre kŕmené. Táto posledná požiadavka predstavuje výzvu pre misiu, ktorá môže niesť len obmedzené množstvo zásob. Aj keď konzervované fazule neboli také ťažké, nikto sa z nich nechce vyživovať na ročnú misiu.

Budúcnosť osídlenia Marsu si vyžaduje čerstvo vypestované ovocie, zeleninu a obilniny. Ale ako sa dá farmovať na jedovatej, smrteľnej planéte ako Mars? Aby sme dostali odpoveď, hovorili sme s tromi výskumníkmi Marsu z oblasti ekológie, geológie a biochémie.

Tento článok je súčasťou Život na Marse – 10-dielna séria, ktorá skúma špičkovú vedu a technológiu, ktorá ľuďom umožní okupovať Mars

Základné náležitosti

Rastliny sú odolné veci, ale majú niekoľko základných požiadaviek. Aby dobre rástli, potrebujú teplo, primeraný atmosférický tlak a ochranu pred škodlivým žiarením. Poskytnúť tieto veci na Marse by bola výzva, s výnimkou skutočnosti, že ich všetky potrebujú aj ľudia.

Najjednoduchším riešením by bolo, že bez ohľadu na biotop, ktorý si postavíte na ubytovanie astronautov na Marse, postavíte aj na umiestnenie všetkých plodín. Pridajte niekoľko jednoduchých LED svetiel a astronauti sa môžu ľahko starať o svoje rastliny, keď rastú. Pridanie svetiel by malo pôsobiť proti akýmkoľvek účinkom nižšej gravitácie Marsu, pretože aj pri nulovej gravitácii rastliny prirodzene rastú korene ďaleko od svetelných zdrojov. Utesnené prostredie má dokonca tú výhodu, že môžete ovládať podmienky, ako je teplota a vlhkosť.

Wieger Wamelink, šľachtiteľ rastlín a ekológ na Wageningenskej univerzite, ktorý je jedným z popredných výskumníkov v oblasti poľnohospodárstva na Mesiaci a Marse, povedal pre Digital Trends, že pestovanie rastlín vo vesmíre je v skutočnosti veľmi porovnateľné s mestským poľnohospodárstvom, hnutím za efektívne pestovanie potravín v mestách nastavenie. Často sa to dosiahne nastavením sterilného prostredia vo vnútorných priestoroch s LED svetlami. V zásade povedal: "To je niečo, čo môžete robiť na Marse, alebo v púšti, ak chcete, alebo v meste."

Pestovanie života v mŕtvej pôde

Najväčšou prekážkou pestovania plodín na Marse je však nedostatok niečoho zdanlivo jednoduchého: stará dobrá špina. Pôda na Zemi je plná živých organizmov, ako aj určitých minerálov, ako je fosfor a draslík, ktoré rastliny využívajú. Mars nemá pôdu – namiesto toho má na svojom povrchu mŕtvy, prašný materiál nazývaný regolit.

Nepoznáme presné podrobnosti o tom, z čoho sa tento regolit skladá, a v rôznych regiónoch môže mať rôzne zloženie. Máme však približnú predstavu o tom, čo je v ňom, čo umožnilo NASA vyvinúť simulátor regolitu. Ide v podstate o opätovné vytvorenie marťanskej pôdy na základe našich súčasných poznatkov o povrchu planéty.

To znamená, že tu na Zemi môžete experimentovať s marťanskou „pôdou“. Aj keď simulátor nie je lacný, je k dispozícii na nákup na výskumné účely. Približne pred desiatimi rokmi Wamelink uvažoval, či by sa simulant mohol použiť na pestovanie plodín a pozrel sa na túto tému. "To, čo som zistil," povedal, "na moje veľké prekvapenie musím povedať, že to nikto nikdy neskúšal."

Tak začal pestovanie semien v pôde Marsu, Mesiaca a Zeme porovnať ich rast. Vo svojich prvých experimentoch Wamelink očakával, že rastliny budú bojovať v simulátore Marsu. "Je to pôda veľmi chudobná na živiny," vysvetlil. Neobsahuje žiadne organické látky a obsahuje ťažké kovy, ktoré by mohli brániť klíčeniu rastlín. "Moje očakávania boli veľmi nízke," povedal.

Jeho tím zasadil 4200 semien 14 rôznych druhov, pričom očakával, že väčšina z nich zomrie. Výsledky sa však veľmi líšili od toho, čo výskumníci predpovedali. Takmer všetky semená vyklíčili – niektoré z nich do 24 hodín. To v skutočnosti spôsobilo problémy, povedal Wamelink so smiechom, pretože tím sa zrazu musel starať o obrovskú úrodu viac ako 4000 rastlín.

Rastliny vyžadovali veľa starostlivého zalievania, pretože regolit je hydrofóbny, čo znamená, že neabsorbuje veľa vlhkosti. Budúci marťanskí farmári teda budú potrebovať veľa vody aby ich úroda rástla.

A hoci rastliny rástli v simulante regolitu na Marse, dosahovali výšku len niekoľko centimetrov a neprodukovali nič jedlé. Aby rastliny rástli do plnej veľkosti a produkovali zeleninu, musíte pridať živiny.

Hnojenie pôdy

Kľúčovou zložkou, ktorá pôde na Marse chýba, pokiaľ ide o rastliny, je organická hmota. Organická hmota je pri rozklade baktériami obzvlášť dôležitým zdrojom živín, čo znamená, že baktérie budeme musieť pridať aj do budúcich oblastí rastu.

Našťastie, ako chodiace kolónie mikróbov, ľudia sa hemžia baktériami. Takže, hoci je to dosť nepríjemný koncept, máme spôsob, ako ich získať. Najúčinnejšou metódou by bolo uchovať moč a výkaly produkované astronautmi na ich mesačnej ceste na Mars a potom ich pridať do regolitu na kultiváciu baktérií. Ak ste videli film Marťan, kde stratený astronaut Mark Watney pestuje zemiaky v pôde Marsu s odpadovými vodami jeho a jeho kolegov, je to rovnaký koncept. Aby ste však udržali každého zdravého, musíte podniknúť kroky na zabitie všetkých patogénov, ktoré by sa mohli prenášať ľudským odpadom.

Môžete pomôcť pri procese trávenia organickej hmoty a jej recyklácie do pôdy zavedením červov. Dokonca aj na Marse sú dážďovky najlepším priateľom záhradníkov, pretože trávia organickú hmotu a produkujú hnojivo spolu s kopacími tunelmi, ktoré zabezpečujú dôležité prevzdušňovanie a zadržiavanie vody pre rastlinu korene rásť. "Myslím si, že sú nevyhnutné pre dobrý systém," povedal Wamelink. Navyše, vajíčka červov môžu byť skladované po dlhú dobu, vďaka čomu sú potenciálne transportovateľné na Mars.

Keď je váš marsovský regolit obohatený o živiny, organickú hmotu, baktérie a červy, môžete začať vysádzať semená. Semená môžu byť prinesené zo Zeme bez väčších problémov, pretože sú malé a ľahké.

Budúci obyvatelia Marsu môžu mať pestrejší výber stravy, než si predstavujete. Wamelink mi hovorí, že v simulante marťanského regolitu môžu rásť všetky druhy jedlých rastlín. Takže zatiaľ čo hydroponické systémy sa používajú na miestach, ako je Medzinárodná vesmírna stanica, kde sa rastliny pestujú nie v pôde, ale suspendované v živnom roztoku, sú vhodnejšie na pestovanie listovej zeleniny ako škrobová zelenina, môžete pestovať prakticky čokoľvek v pôde. Mars regolith simulant sa používa na pestovanie zemiakov, zelenej fazuľky, paradajok, mrkvy, reďkovky, pšenice, raže a ďalších.

Zbavenie sa nepríjemností

Jednou z obáv o bezpečnosť pôdy na Marse je prítomnosť nebezpečných ťažkých kovov. "Nie je to len zinok, ktorého trochu potrebujeme, ale aj kadmium, olovo, ortuť - všetko, čo vo svojom jedle nechcete," povedal Wamelink.

To však nie je nevyhnutne taký veľký problém, ako si možno myslíte. "V skutočnosti sa to nelíši od Zeme," zdôraznil, pretože ťažké kovy možno nájsť aj v našej pôde. Otázkou je, či sú tieto ťažké kovy viazané spôsobom, ktorý zabraňuje ich uvoľneniu do pôdy a následnej absorpcii rastlinami.

Dobrou správou je, že keď sa analyzovala zelenina pestovaná v simulante, zistilo sa, že je bezpečná na konzumáciu. Ťažké kovy boli pod nebezpečnými hladinami vo všetkých potravinách a v niektorých prípadoch boli hladiny ešte nižšie v regolitoch pestovaných zeleniny než v zelenine pestovanej v bežnej pôde, možno kvôli znečisťujúcim látkam, ako sú výfukové plyny z áut, ktoré tu kontaminujú pôdu na Zemi.

Existuje tiež obava z toho, aká kyslá je pôda na Mesiaci a Marse, čo by mohlo obmedziť schopnosť rastlín získať prístup k ďalšej základnej molekule, fosfátu. Novou oblasťou skúmania, o ktorej sa uvažuje, je pridávanie určité druhy húb do regolitu by mohol tento problém vyriešiť.

"Môžeme vziať so sebou na Mars huby, ktoré môžu skutočne rásť v skalách a uvoľňovať fosfáty," navrhol Wamelink ako budúcu cestu na prieskum. "Žijú v symbióze s koreňmi rastlín."

Problém chloristanov

Snáď najväčšou prekážkou bezpečného pestovania potravín na Marse je problém chloristanov, chemikálií nachádzajúcich sa v regolite, ktoré sú toxické pre ľudí aj rastliny. Sú také nebezpečné, že zo zdravotných dôvodov nie sú zahrnuté v simulačných vzorkách.

Nedávny výskum naznačil, že prítomnosť týchto chloristanov v regolite môže byť väčším problémom, ako sa predtým predpokladalo. Keď vedci vzali simulant regolitu a pridali chloristan vápenatý v množstvách podobných tým, ktoré sa nachádzajú na Marse, rastliny v ňom neboli schopné rásť, ani keď boli pridané ďalšie živiny.

To však neznamená, že sa musíme vzdať sna o potravinách pestovaných na Marse. Andrew Palmer z Floridského technologického inštitútu, hlavný autor štúdie, povedal pre Digital Trends v e-maile, že zatiaľ čo prítomnosť chloristanov na Marse je výzvou pre potraviny produkcia, „nie je to porušenie dohody“. Do ekosystému by malo byť možné zaviesť mikroorganizmy alebo špecifické rastliny na čistenie toxínov z regolitu v procese tzv. bioremediácia. „Takíto pomocníci sú bežnými hráčmi v našich ekosystémoch na Zemi. Nie je dôvod, prečo by sme mali ignorovať ich potenciál prispieť k ekosystému, ktorý navrhujeme pre našich marťanských kolonistov,“ povedal.

Ďalší výskumník zapojený do štúdií o životaschopnosť regolitu na pestovanie plodínLaura Fackrell z University of Georgia sa zhodla, že chloristany sú výzvou, ale nie neprekonateľnou. Navrhla, aby sa chloristany mohli čistiť z regolitu pomocou baktérií, pretože existuje viacero druhov baktérií, ktoré môžu konzumovať alebo degradovať chloristany, z ktorých niektoré sa používajú na čistenie kontaminovanej vody tu na Zemi. Ale aj tu sú výzvy. Pri tejto reakcii vzniká kyslík aj chlorid – a hoci chlorid nie je toxický a môže byť prospešný pre rast rastlín, príliš veľa môže rastlinám ublížiť alebo ich dokonca zabiť. Potrebujeme ďalší výskum, aby sme vedeli, aké by boli jeho účinky na život rastlín. "Nemáme dostatok údajov, aby sme povedali, či by množstvo chloridu vyprodukovaného týmto procesom bolo pre rastliny príliš veľké, ale je pravdepodobné, že bude," povedala.

Ďalším potenciálnym riešením by bolo doslova vymyť chloristany z regolitu. Chloristany sú druh soli a sú rozpustné vo vode, takže opláchnutím regolitu by sa ich odstránilo. "To by však mohlo odstrániť aj iné živiny, ako sú dusičnany," varoval Fackrell. Nehovoriac o problémoch s používaním vzácnej vody na tento účel.

Prítomnosť chloristanov však nie je nevyhnutne zlou správou. Fackrell poukázal na to, že ak by baktérie konzumovali chloristany na čistenie pôdy, produkovali by to užitočný vedľajší produkt kyslík, ktorý by mohol byť súčasťou trvalo udržateľného systému na uspokojovanie potrieb astronautov: „Chloristany predstavujú veľmi reálnu výzva; predstavujú však aj príležitosť premeniť sa na zdroj kyslíka.“

Nastavenie systému

Pomáha premýšľať o zriadení poľnohospodárstva na Marse ako o dlhodobej hre. Cieľom nie je len pestovať jeden výnos plodín, ale vytvoriť udržateľný systém.

Prvá úroda je najťažšia. Akonáhle sa to stane a baktérie sa upevnia, všetka rastlinná hmota, ktorá zostala z predchádzajúcich zberov, sa môže pridať späť do pôdy, čo dodá živiny a pomôže zadržiavať vodu. Takže časom sa pôda stane úrodnejšou a pohostinnejšou pre rastliny.

To znamená, že existuje silný impulz na začatie pokusov o pestovanie rastlín hneď, ako ľudia prídu na Mars na ľubovoľnú dobu. „Myslím, že musíte začať od prvej expedície, aby ste začali pestovať svoje vlastné jedlo. V opačnom prípade to s najväčšou pravdepodobnosťou nebude možné,“ povedal Wamelink. Skoré expedície by si určite priniesli aj vlastné jedlo, ak by sa vyskytli problémy s rastom plodín. Ale mohli by začať s procesom využitia pôdy.

Je tiež možné zachovať kultivovanú pôdu medzi misiami, pokiaľ má vzduch, svetlo a teplo. Môžete zasiať určité plodiny, ako sú nejedlé druhy kapusty, ktoré môžete nechať na hnojenie pôdy, kým ste preč. Ide o rovnaký princíp, ktorý používajú farmári vo Wamelinkovej domovskej krajine v Holandsku na zlepšenie pôdy počas zimy.

Ďalšou úvahou je, ako sa vysporiadate s opeľovaním rastlín, aby ste dosiahli štedrejšiu úrodu a vytvorili semená pre budúce plodiny. Mnoho druhov rastlín využíva vietor na prenášanie svojho peľu. To však znamená, že by ste museli nastaviť prúdenie vzduchu v biotope Marsu, čo by nebolo ľahké. Existuje však aj iná možnosť, ktorou je použitie včiel.

Včely sú vynikajúce opeľovače a mohli by byť prinesené zo Zeme, aby žili v prostredí Marsu. Čmeliakové kráľovné by sa mohli potenciálne dať do hibernácie na vesmírnu cestu a potom by sa mohli vypustiť, aby sa rozšírili okolo peľu.

Muchy sú ďalšou možnosťou a majú ďalšiu výhodu: larvy muchy môžu byť jedlé a také škrípavé ako mnoho ľudí Môžu byť o ich jedení, môžu byť dôležitým zdrojom bielkovín pre inak vegetariánov alebo vegánov diéta.

Všetko, čo potrebujeme

Napriek mnohým zložitostiam pestovania potravín na Marse je to teoreticky možné. Ešte je potrebné dopracovať veľa detailov, ale v zásade by sme tam mohli pestovať plodiny, pokiaľ si astronauti prinesú so sebou tie správne materiály. "Mám nákupný zoznam!" Wamelink žartoval.

Jediným obmedzením, ktoré zdôraznil, bolo, že všetky tieto experimenty boli založené na simulátore Marsu, ktorý je v súčasnosti k dispozícii, takže výsledky sú len také presné, ako je simulátor. Otázka chloristanov a ich vplyvu na rastliny a ľudí je otvorená a budúce misie sú podobné Mars Sample Return by nám mal pomôcť uistiť sa, čo presne môžeme od Marsu očakávať životné prostredie.

Nebude to ľahké, ale astronauti by si jedného dňa mohli vychutnať čerstvú zeleninu vypestovanú na Marse ako každodennú súčasť svojho jedálnička. "Musíte urobiť veľa vecí, aby ste to rozbehli," varoval Wamelink, "ale teraz vieme, ako to urobiť."

Tento článok je súčasťou Život na Marse – 10-dielna séria, ktorá skúma špičkovú vedu a technológiu, ktorá ľuďom umožní okupovať Mars

Odporúčania redaktorov

• Kozmologické dochádzanie: Zložitá logistika umiestňovania ľudí na Mars
• Zdokonaľovanie pohonu: Ako dostaneme ľudí na Mars
• Hrady z piesku: Ako vytvoríme biotopy s marťanskou pôdou
• Umelé atmosféry: Ako na Marse postavíme základňu s dýchateľným vzduchom
• Zber hydratácie: Ako budú budúci osadníci vytvárať a zbierať vodu na Marse