Астропољопривреда: Како ћемо узгајати храну на Марсу

Ако се икада надамо да ћемо послати људе на живи на Марсу током дужег временског периода, мораћемо да их одржавамо топлим, безбедним и добро храњеним. Тај последњи захтев представља изазов за мисију која може да носи само ограничену количину залиха. Чак и да конзервирани пасуљ није био тако тежак, нико не жели да се издржава од њега за једногодишњу мисију.

Будућност становања на Марсу захтева свеже узгојено воће, поврће и житарице. Али како се узгаја на отровној, смртоносној планети као што је Марс? Да бисмо добили одговор, разговарали смо са три истраживача Марса из области екологије, геологије и биохемије.

Овај чланак је део Живот на Марсу – серија од 10 делова која истражује најсавременију науку и технологију која ће омогућити људима да заузму Марс

Основне основе

Биљке су издржљиве ствари, али имају неке битне захтеве. Да би добро расле, потребна им је топлота, разуман атмосферски притисак и заштита од штетног зрачења. Те ствари би било изазов обезбедити на Марсу, осим чињенице да су и људима све потребне.

Најједноставније решење би било да које год станиште изградите за смештај астронаута на Марсу, градите и за смештај свих усева. Додајте нека једноставна ЛЕД светла и астронаути ће лако да се брину о својим биљкама док расту. Додавање светла требало би да спречи било какве ефекте Марсове ниже гравитације, јер, чак и у нултом стању гравитације, биљке природно расту далеко од извора светлости. Запечаћено окружење има чак и предност у томе што можете контролисати услове као што су температура и влажност.

Вигер Вамелинк, узгајивач биљака и еколог са Универзитета Вагенинген, који је један од водећих истраживача пољопривреде на Месецу и Марсу, рекао је за Дигитал Трендс да је узгој биљака у свемиру заправо веома упоредив са градском пољопривредом, покретом за ефикасно узгајање хране у урбаним срединама подешавања. Често се то постиже постављањем стерилног окружења у затвореним стаништима са ЛЕД светлима. У принципу, рекао је, "то је нешто што можете да урадите на Марсу, или у пустињи ако желите, или у граду."

Гајење живота у мртвом тлу

Највећа препрека узгоју усева на Марсу је недостатак нечег наизглед једноставног: добре старомодне прљавштине. Земљиште је пуно живих организама, као и одређених минерала, попут фосфора и калијума, које биљке користе. Марс нема тло - уместо тога, има мртав, прашњав материјал који се зове реголит који покрива његову површину.

Не знамо тачне детаље о томе од чега се овај реголит састоји, а можда има различите композиције у различитим регионима. Али имамо грубу представу о томе шта је у њему, што је омогућило НАСА-и да развије симулант реголита. Ово је у суштини поновно стварање Марсовог тла на основу нашег тренутног знања о површини планете.

То значи да можете експериментисати са марсовским „тлом“ овде на Земљи. Иако симулант није јефтин, јесте доступан за куповину у истраживачке сврхе. Пре отприлике десет година, Вамелинк се запитао да ли би симулант могао да се користи за узгој усева и испитао је тему. „Оно што сам открио,“ рекао је, „морам рећи на велико изненађење да то нико никада није покушао.“

Па је почео садњу семена на Марсу, Месецу и Земљином тлу да упореди њихов раст. У својим првим експериментима, Вамелинк је очекивао да ће се биљке борити у симуланту Марса. „То је тло веома сиромашно хранљивим материјама“, објаснио је он. У њему нема органске материје, а садржи тешке метале који би спречили клијање биљака. „Моја очекивања су била веома ниска“, рекао је.

Његов тим је засадио 4.200 семена 14 различитих врста, очекујући да ће већина угинути. Али резултати су се веома разликовали од онога што су истраживачи предвиђали. Скоро сво семе је клијало — нека од њих у року од 24 сата. Ово је заправо изазвало проблеме, рекао је Вамелинк кроз смех, јер је тим одједном морао да се брине за огроман род од преко 4.000 биљака.

Биљке су захтевале много пажљивог заливања јер је реголит хидрофобан, што значи да не упија много влаге. Дакле, будућим марсовцима ће требати доста воде да им усеви расту.

И док су биљке расле у симуланту Марсовог реголита, достигле су само неколико центиметара висине и нису дале ништа јестиво. Да би биљке нарасле до пуне величине и произвеле поврће, потребно је да додате хранљиве материје.

Ђубрење земљишта

Кључна компонента која Марсовом тлу недостаје што се тиче биљака је органска материја. Органска материја је посебно важан извор хранљивих материја када се разграђују од стране бактерија, што значи да ћемо морати да додамо бактерије и у будуће растуће регионе.

Срећом, као шетајуће колоније микроба, људи су пуни бактерија. Дакле, иако је то прилично непријатан концепт, имамо начин да их стекнемо. Најефикаснији метод би био да се сачува урин и измет које произведу астронаути на свом вишемесечном путовању на Марс, а затим се додају у реголит за култивисање бактерија. Ако сте гледали филм Марсовац, где изгубљени астронаут Марк Вотни узгаја кромпир у земљишту Марса са својом канализацијом и канализацијом својих чланова посаде, то је исти концепт. Међутим, да бисте сви остали здрави, требало би да предузмете кораке да убијете све патогене који се могу пренети путем људског отпада.

Можете помоћи у процесу варења органске материје и њеном рециклирању у земљу уношењем црва. Чак и на Марсу, глисте су најбољи пријатељ баштована, јер пробављају органску материју и производе ђубриво заједно са копањем тунела који обезбеђују важну аерацију и задржавање воде за биљку корење да расте. „Мислим да су они неопходни за добар систем“, рекао је Вамелинк. Осим тога, јаја црва могу се чувати дуго времена, што их чини потенцијално преносивим на Марс.

Када ваш Марсов реголит буде обогаћен хранљивим материјама, органском материјом, бактеријама и црвима, можете почети са садњом семена. Семе се може донети са Земље без превише проблема јер је мало и лагано.

Будући становници Марса могу имати разноврснији избор исхране него што мислите. Вамелинк ми каже да све врсте јестивих биљака могу да расту у симуланту Марсовог реголита. Дакле, док се хидропонски системи користе на местима као што је Међународна свемирска станица, где се биљке не узгајају у земљишту већ суспендоване у хранљивом раствору, боље су погодне за узгој лиснатог поврћа него скробно поврће, можете гајити практично било шта у земљишту. Симулант Марсовог реголита је коришћен за узгој кромпира, бораније, парадајза, шаргарепе, ротквице, пшенице, ражи и још много тога.

Ослобађање од гада

Једна од забринутости за безбедност Марсовог тла је присуство опасних тешких метала. „То није само цинк, којег нам треба мало, већ и кадмијум, олово, жива – све ствари које не желите у својој храни“, рекао је Вамелинк.

Међутим, то није нужно тако велики проблем као што мислите. „То се заправо не разликује од Земље“, истакао је он, јер се тешки метали могу наћи и у нашем тлу. Питање је да ли су ови тешки метали везани на начин који спречава њихово ослобађање у тло и накнадно апсорбовање биљака.

Добра вест је да када је анализирано поврће узгајано у симуланту, утврђено је да је безбедно за јело. Тешки метали су били испод опасних нивоа у целој храни, ау неким случајевима нивои су били чак нижи у храни која је узгајана реголитом. поврће него поврће које се узгаја у обичном земљишту за саксије, можда због загађивача попут издувних гасова аутомобила који загађују земљиште овде на земљи.

Такође постоји забринутост због тога колико је тло на Месецу и Марсу кисело, што би могло да ограничи способност биљака да приступе другом есенцијалном молекулу, фосфату. Нова област истраживања која се разматра јесте да ли додавање одређене врсте гљива да би реголит могао да реши ово питање.

„Можемо понети гљиве са собом на Марс које могу да расту у стенама и ослобађају фосфате“, предложио је Вамелинк као будући пут за истраживање. "Они живе у симбиози са коренима биљака."

Проблем перхлората

Можда највећа препрека безбедном узгоју хране на Марсу је питање перхлората, хемикалија које се налазе у реголиту које су токсичне и за људе и за биљке. Они су толико опасни да нису укључени у симулантне узорке из здравствених разлога.

Недавна истраживања је сугерисао да би присуство ових перхлората у реголиту могло бити већи проблем него што се раније мислило. Када су истраживачи узели симулант реголита и додали калцијум перхлорат у количинама сличним онима пронађеним на Марсу, биљке нису могле да расту у њему чак ни када су додани додатни хранљиви састојци.

То ипак не значи да морамо одустати од сна о храни узгојеној на Марсу. Ендру Палмер са Технолошког института Флориде, виши аутор студије, рекао је за Дигитал Трендс у мејлу да је присуство перхлората на Марсу изазов за храну производње, „то није прекид посла“. Требало би бити могуће увести микроорганизме или специфичне биљке у екосистем да би очистили токсине из реголита у процесу тзв. биоремедијација. „Такви помагачи су уобичајени играчи у нашим екосистемима на Земљи. Нема разлога да занемаримо њихов потенцијал да допринесемо екосистему који дизајнирамо за наше марсовске колонисте“, рекао је он.

Још један истраживач укључен у студије о одрживост реголита за узгој усева, Лаура Фацкрелл са Универзитета у Џорџији, сложила се да су перхлорати изазов, али не и непремостив. Она је предложила да се перхлорати могу очистити од реголита помоћу бактерија, јер постоји више врста бактерија које могу да конзумирају или разграђују перхлорате, од којих се неки користе за чишћење контаминиране воде овде на Земљи. Али и овде постоје изазови. Ова реакција производи и кисеоник и хлорид - и иако је хлорид нетоксичан и може бити користан за раст биљака, превише га може наштетити или чак убити биљке. Потребно нам је више истраживања да бисмо знали какав би био њен утицај на живот биљака. „Немамо довољно података да бисмо рекли да ли би количина хлорида произведеног овим процесом била превелика за биљке, али вероватно ће бити“, рекла је она.

Друго потенцијално решење би било да се перхлорати буквално исперу из реголита. Перхлорати су врста соли и растворљиви су у води, тако да би их испирање реголита уклонило. „Међутим, ово би такође могло уклонити друге хранљиве материје попут нитрата“, упозорио је Фацкрелл. О проблемима коришћења драгоцене воде у ове сврхе да и не говоримо.

Међутим, присуство перхлората није нужно лоша вест. Факрел је истакао да би бактерије које конзумирају перхлорате за чишћење тла произвеле користан нуспроизвод кисеоник, који би могао бити део одрживог система за задовољавање потреба астронаута: „Перхлорати представљају веома реалну изазов; међутим, они такође представљају прилику да буду претворени у извор кисеоника."

Постављање система

Помаже размишљање о постављању пољопривреде на Марсу као дугорочне игре. Циљ није само да се узгаја један принос, већ да се успостави одржив систем.

Прва берба је најтежа. Када се то уради и када се бактерије успоставе, било која биљна материја која је остала од претходних берба може се додати у тло, што истовремено додаје хранљиве материје и помаже у задржавању воде. Тако ће с временом тло постати плодније и гостољубиво за биљке.

То значи да постоји снажан подстицај да се започну покушаји узгоја биљака чим људи стигну на Марс током било којег времена. „Мислим да морате да почнете од прве експедиције да бисте почели да узгајате сопствену храну. У супротном, то највероватније неће бити могуће“, рекао је Вамелинк. Ране експедиције би сигурно доносиле и своју храну, у случају да је било проблема са растом усева. Али могли би да започну процес употребљивости земљишта.

Такође је могуће сачувати култивисано земљиште између мисија све док има ваздуха, светлости и топлине. Можете сејати одређене усеве као што су нејестиве врсте купуса, које можете оставити да ђубри земљу док сте одсутни. Ово је исти принцип који фармери користе у Вамелинковој домовини, Холандији, да побољшају своје земљиште током зиме.

Још једно разматрање је како се бавите опрашивањем биљака, како за издашнију жетву, тако и за стварање семена за будуће усеве. Многе врсте биљака користе ветар да носе свој полен. Али то значи да бисте морали да подесите проток ваздуха у станишту Марса, што не би било лако. Међутим, постоји још једна опција, а то је употреба пчела.

Пчеле су одлични опрашивачи и могу се донети са Земље да живе у Марсовском станишту. Матице бумбара би потенцијално могле бити стављене у хибернацију за свемирско путовање, а затим пуштене да се шире око полена.

Муве су још једна опција, и оне имају још једну предност: ларве мува могу бити јестиве и гадљиве колико и више људи можда се ради о њиховом једењу, могли би да обезбеде важан извор протеина за иначе вегетаријанце или вегане дијета.

Све што нам треба

Упркос многим сложеностима узгоја хране на Марсу, то је теоретски могуће. Много детаља тек треба да се разради, али у принципу можда ћемо моћи да узгајамо усеве тамо све док астронаути са собом доносе праве материјале. “Имам листу за куповину!” Вамелинк се нашалио.

Једно ограничење које је нагласио је да су сви ови експерименти засновани на тренутно доступном симуланту Марса, тако да су резултати тачни колико и симулант. Питање перхлората и како они могу утицати и на биљке и на људе је отворено, а будуће мисије попут Марс Сампле Ретурн би требало да нам помогне да постанемо сигурнији у то шта тачно можемо очекивати од Марса Животна средина.

Неће бити лако, али астронаути би једног дана могли да уживају у свежем поврћу узгојеном на Марсу као свакодневном делу своје исхране. „Морате да урадите много ствари да бисте то покренули“, упозорио је Вамелинк, „али сада знамо како то да урадимо.

Овај чланак је део Живот на Марсу – серија од 10 делова која истражује најсавременију науку и технологију која ће омогућити људима да заузму Марс

Препоруке уредника

• Космолошко путовање: незгодна логистика постављања људи на Марс
• Савршен погон: Како ћемо одвести људе на Марс
• Дворци од песка: Како ћемо направити станишта са марсовском земљом
• Вештачка атмосфера: Како ћемо изградити базу са ваздухом за дисање на Марсу
• Сакупљање хидратације: Како ће будући досељеници стварати и сакупљати воду на Марсу