Astrotarım: Mars'ta Nasıl Gıda Yetiştireceğiz?

Eğer insanları göndermeyi umut edersek Mars'ta yaşamak onları uzun bir süre sıcak, güvende ve iyi beslenmeli tutmamız gerekecek. Bu son gereksinim, yalnızca sınırlı miktarda malzeme taşıyabilen bir görev için zorluk teşkil ediyor. Konserve fasulye o kadar ağır olmasa bile kimse bir yıl sürecek bir görev için geçimini onlardan sağlamak istemez.

Mars yerleşiminin geleceği taze yetiştirilmiş meyvelere, sebzelere ve tahıllara ihtiyaç duyuyor. Peki Mars gibi zehirli, ölümcül bir gezegende nasıl çiftçilik yaparsınız? Bu soruya yanıt almak için ekoloji, jeoloji ve biyokimya alanlarından üç Mars araştırmacısıyla konuştuk.

Bu makalenin bir parçası Marsta yaşam – İnsanların Mars'ı işgal etmesini sağlayacak en ileri bilim ve teknolojiyi araştıran 10 bölümlük bir dizi

Temel esaslar

Bitkiler dayanıklı şeylerdir ancak bazı temel gereksinimleri vardır. İyi büyümek için sıcaklığa, makul atmosfer basıncına ve zararlı radyasyondan korunmaya ihtiyaçları vardır. İnsanların da hepsine ihtiyaç duyduğu gerçeği dışında, bunları Mars'ta sağlamak zor olacaktır.

En basit çözüm, Mars'ta astronotları barındırmak için inşa ettiğiniz yaşam ortamını aynı zamanda tüm mahsulleri barındırmak için de inşa etmeniz olacaktır. Bazı basit LED ışıklar ekleyin; astronotlar büyüdükçe bitkileriyle kolayca ilgilenebilirler. Işık eklemek, Mars'ın düşük yerçekiminin etkilerini ortadan kaldıracaktır, çünkü sıfır yerçekiminde bile bitkiler doğal olarak ışık kaynaklarından uzakta kök salmaktadır. Kapalı ortam, sıcaklık ve nem gibi koşulları kontrol edebilme avantajına da sahiptir.

Ay ve Mars'ta tarım konusunda önde gelen araştırmacılardan biri olan Wageningen Üniversitesi'nde bitki yetiştiricisi ve ekolojist olan Wieger Wamelink, Digital Trends'e, uzayda bitki yetiştirmenin aslında kentsel tarımla, yani kentsel alanlarda verimli bir şekilde gıda yetiştirme hareketi ile çok benzer olduğunu söyledi. ayarlar. Çoğu zaman bu, LED ışıklı kapalı yaşam alanlarında steril ortamlar kurularak gerçekleştirilir. Prensip olarak şunu söyledi: "Bu, Mars'ta, isterseniz çölde, isterseniz de bir şehirde yapabileceğiniz bir şey."

Ölü toprakta yaşam yetiştirmek

Ancak Mars'ta mahsul yetiştirmenin önündeki en büyük engel, görünüşte basit bir şeyin eksikliğidir: Eski moda toprak. Dünyadaki toprak, canlı organizmaların yanı sıra bitkilerin kullandığı fosfor ve potasyum gibi belirli minerallerle doludur. Mars'ta toprak yok; bunun yerine yüzeyini kaplayan regolit adı verilen ölü, tozlu bir malzeme var.

Bu regolitin nelerden oluştuğunu tam olarak bilmiyoruz ve farklı bölgelerde farklı bileşimlere sahip olabilir. Ancak içinde ne olduğuna dair kabaca bir fikrimiz var ve bu da NASA'nın bir regolit benzeri geliştirmesine olanak sağladı. Bu aslında gezegenin yüzeyi hakkındaki mevcut bilgilerimize dayanarak Mars toprağının yeniden yaratılmasıdır.

Bu, Dünya'da Mars "toprağını" deneyebileceğiniz anlamına geliyor. Simülasyon ucuz olmasa da satın alınabilir Araştırma amaçlı. Yaklaşık on yıl önce Wamelink, benzerin mahsul yetiştirmek için kullanılıp kullanılamayacağını merak etti ve konuyu araştırdı. "Öğrendiğim şey," dedi, "hiç kimsenin bunu denemediğini söylemem beni şaşırttı."

Böylece başladı Mars'a, Ay'a ve Dünya toprağına tohum ekmek Büyümelerini karşılaştırmak için. Wamelink, ilk deneylerinde Mars benzeri ortamda bitkilerin zor durumda kalacağını bekliyordu. "Besin açısından çok fakir bir toprak" diye açıkladı. İçerisinde organik madde bulunmaz ve bitkilerin çimlenmesini engelleyebilecek ağır metaller içerir. "Beklentim çok düşüktü" dedi.

Ekibi, çoğunun öleceğini düşünerek 14 farklı türden 4.200 tohum ekti. Ancak sonuçlar araştırmacıların öngördüğünden çok farklıydı. Tohumların neredeyse tamamı çimlendi; bazıları 24 saat içinde. Wamelink gülerek bunun aslında sorunlara yol açtığını söyledi çünkü ekip birdenbire 4.000'den fazla bitkiden oluşan devasa bir ürünle ilgilenmek zorunda kaldı.

Regolitin hidrofobik olması, yani fazla nemi emmemesi nedeniyle bitkilerin çok dikkatli sulanması gerekiyordu. Yani gelecekteki Marslı çiftçilerin ihtiyacı olacak bol bol su ekinlerinin büyümesini sürdürmek için.

Bitkiler Mars regolit benzeri ortamda büyürken yalnızca birkaç santimetre yüksekliğe ulaştılar ve yenilebilir hiçbir şey üretmediler. Bitkilerin tam boyuta ulaşması ve sebze üretmesi için besin eklemeniz gerekir.

Toprağı gübrelemek

Bitkiler açısından Mars toprağında eksik olan önemli bir bileşen organik maddedir. Organik madde, bakteriler tarafından parçalandığında özellikle önemli bir besin kaynağıdır; bu da gelecekteki büyüme bölgelerine bakterileri de eklememiz gerekeceği anlamına gelir.

Neyse ki, yürüyen mikrop kolonileri olarak insanlar bakterilerle dolup taşmaktadır. Yani, oldukça nahoş bir kavram olsa da, bunları elde etmenin bir yolunu buluyoruz. En etkili yöntem, astronotların Mars'a yaptıkları aylar süren yolculukta ürettikleri idrar ve dışkıyı saklamak, ardından bunu bakteri yetiştirmek için regolite eklemek olacaktır. Eğer filmi izlediyseniz MarslıKayıp astronot Mark Watney'nin kendisinin ve mürettebatının kanalizasyonuyla Mars topraklarında patates yetiştirdiği olay da aynı konsept. Ancak herkesi sağlıklı tutmak için insan atığı yoluyla bulaşabilecek patojenleri yok edecek adımlar atmanız gerekir.

Solucanlar vererek organik maddenin sindirilmesi ve toprağa geri dönüştürülmesi sürecine yardımcı olabilirsiniz. Mars'ta bile solucanlar, organik maddeleri sindirdikleri ve ürettikleri için bahçıvanın en iyi dostudur. gübre ve bitki için önemli havalandırma ve su tutma sağlayan kazma tünelleri büyümek için kökler. Wamelink, "İyi bir sistem için bunların gerekli olduğunu düşünüyorum" dedi. Ayrıca solucan yumurtaları uzun süre saklanabiliyor ve bu da onları potansiyel olarak Mars'a taşıyabiliyor.

Mars regolitiniz besinler, organik maddeler, bakteriler ve solucanlar ile zenginleştirildiğinde tohum ekmeye başlayabilirsiniz. Tohumlar küçük ve hafif olduğundan fazla sorun yaşamadan Dünya'dan getirilebilir.

Geleceğin Mars sakinleri, hayal ettiğinizden daha çeşitli beslenme seçeneklerine sahip olabilir. Wamelink bana Mars regolit benzeri her tür yenilebilir bitkinin yetişebileceğini söyledi. Yani Uluslararası Uzay İstasyonu gibi bitkilerin toprakta değil, toprakta yetiştirildiği yerlerde kullanılan hidroponik sistemler Besleyici bir çözelti içinde süspanse edilenler, nişastalı sebzelerden ziyade yeşil yapraklı sebzelerin yetiştirilmesine daha uygundur, pratik olarak yetiştirebilirsiniz topraktaki herhangi bir şey. Mars regolit benzeri, patates, yeşil fasulye, domates, havuç, turp, buğday, çavdar ve daha fazlasını yetiştirmek için kullanıldı.

Pisliklerden kurtulmak

Mars toprağının güvenliğiyle ilgili endişelerden biri de tehlikeli ağır metallerin varlığıdır. Wamelink, "İhtiyacımız olan sadece biraz çinko değil, aynı zamanda kadmiyum, kurşun, cıva, yani yemeğinizde istemediğiniz her şey" dedi.

Ancak bu sandığınız kadar büyük bir sorun değil. Ağır metallerin topraklarımızda da bulunabilmesi nedeniyle, "Bu Dünya'dakinden pek farklı değil" diye belirtti. Sorun, bu ağır metallerin toprağa salınmasını ve daha sonra bitkiler tarafından emilmesini önleyecek şekilde bağlanıp bağlanmadığıdır.

İyi haber şu ki, taklitte yetiştirilen sebzeler analiz edildiğinde bunların yenilmesinin güvenli olduğu görüldü. Ağır metaller tüm yiyeceklerde tehlikeli seviyelerin altındaydı ve bazı durumlarda regolitlerde yetiştirilenlerde bu seviyeler daha da düşüktü. normal saksı toprağında yetiştirilen sebzelerden daha fazla sebze, belki de buradaki toprağı kirleten araba egzozu gibi kirletici maddeler nedeniyle Yeryüzünde.

Ay ve Mars'ta toprağın ne kadar asidik olduğu konusunda da endişeler var; bu da bitkilerin başka bir temel molekül olan fosfata erişim yeteneğini sınırlayabilir. Göz önünde bulundurulan yeni bir araştırma alanı, ekleme olup olmadığıdır. belirli mantar türleri regolite bu sorunu çözebilir.

Wamelink, gelecekteki bir keşif yolu olarak, "Aslında kayalarda büyüyebilen ve fosfat salabilen mantarları Mars'a yanımızda götürebiliriz" dedi. “Bitkilerin kökleriyle simbiyoz halinde yaşıyorlar.”

Perklorat sorunu

Belki de Mars'ta güvenli bir şekilde gıda yetiştirmenin önündeki en büyük engel, regolitte bulunan ve hem insanlar hem de bitkiler için toksik olan kimyasallar olan perkloratlar meselesidir. Bunlar o kadar tehlikeli ki sağlık nedenlerinden dolayı taklit numunelere dahil edilmiyor.

Güncel araştırma regolitteki bu perkloratların varlığının önceden düşünülenden daha büyük bir sorun olabileceğini öne sürdü. Araştırmacılar regolit simülanını alıp Mars'ta bulunanlara benzer miktarlarda kalsiyum perklorat eklediğinde, ekstra besinler eklense bile bitkiler orada büyüyemedi.

Ancak bu, Mars'ta yetiştirilen yiyecekler hayalinden vazgeçmemiz gerektiği anlamına gelmiyor. Araştırmanın kıdemli yazarı, Florida Teknoloji Enstitüsü'nden Andrew Palmer, Digital Trends'e bir e-postada yaptığı açıklamada, Mars'ta perkloratların varlığının gıda açısından sorun teşkil ettiğini söyledi. prodüksiyon, "bu bir anlaşmayı bozucu değil." Toksinleri regolitten temizlemek için ekosisteme mikroorganizmaların veya belirli bitkilerin dahil edilmesi, adı verilen bir işlemle mümkün olmalıdır. biyoremediasyon. "Bu tür yardımcılar Dünya'daki ekosistemlerimizin ortak oyuncularıdır. Marslı kolonicilerimiz için tasarladığımız ekosisteme katkıda bulunma potansiyellerini göz ardı etmemiz için hiçbir neden yok" dedi.

Konuyla ilgili çalışmalara katılan bir başka araştırmacı da mahsul yetiştirmek için regolitin yaşayabilirliğiGeorgia Üniversitesi'nden Laura Fackrell, perkloratların bir sorun olduğu ancak aşılamaz bir sorun olmadığı konusunda hemfikir. Perkloratları tüketebilen veya parçalayabilen birden fazla bakteri türü olduğundan, perkloratların bakteriler kullanılarak regolitten temizlenebileceğini öne sürdü. Dünyadaki kirli suyun temizlenmesi. Ancak burada da zorluklar var. Bu reaksiyon hem oksijen hem de klorür üretir; her ne kadar klorür toksik olmasa da ve bitki büyümesine faydalı olsa da, fazlası bitkilere zarar verebilir, hatta öldürebilir. Bitki yaşamı üzerindeki etkilerinin ne olacağını bilmek için daha fazla araştırmaya ihtiyacımız var. "Bu işlemle üretilen klorür miktarının bitkiler için çok fazla olup olmayacağını söyleyecek yeterli veriye sahip değiliz, ancak olması muhtemeldir" dedi.

Başka bir potansiyel çözüm, perkloratları regolitten tam anlamıyla yıkayarak çıkarmak olabilir. Perkloratlar bir tür tuzdur ve suda çözünürler, dolayısıyla regolitin durulanması onları ortadan kaldıracaktır. Fackrell, "Ancak bu aynı zamanda nitratlar gibi diğer besin maddelerini de ortadan kaldırabilir" diye uyardı. Değerli suyun bu amaçla kullanılmasıyla ilgili sorunlardan bahsetmiyorum bile.

Ancak perkloratların varlığı mutlaka kötü bir haber değildir. Fackrell, bakterilerin toprağı temizlemek için perklorat tüketmesinin yararlı bir yan ürün üreteceğine dikkat çekti. Astronotların ihtiyaçlarını karşılamaya yönelik sürdürülebilir bir sistemin parçası olabilecek oksijen: “Perkloratlar çok gerçek bir meydan okumak; ancak aynı zamanda oksijen kaynağına dönüşme imkanı da sunuyor.”

Bir sistem kurma

Uzun vadeli bir oyun olarak Mars'ta tarımı kurmayı düşünmek faydalı olacaktır. Amaç sadece tek ürün yetiştirmek değil, sürdürülebilir bir sistem kurmaktır.

İlk hasat en zor olanıdır. Bu yapıldıktan ve bakteriler yerleştikten sonra, önceki hasatlardan kalan bitki maddeleri toprağa geri eklenebilir, bu hem besin sağlar hem de suyun tutulmasına yardımcı olur. Böylece zamanla toprak daha verimli ve bitkilere daha uygun hale gelecektir.

Bu, insanlar Mars'a herhangi bir süre varır varmaz, bitki yetiştirme girişimlerine başlamak için güçlü bir ivme olduğu anlamına geliyor. “Kendi yemeğinizi yetiştirmeye başlamak için ilk keşif gezisinden başlamanız gerektiğini düşünüyorum. Aksi takdirde bunu yapmak büyük ihtimalle mümkün olmayacaktır” dedi Wamelink. Mahsulün büyümesiyle ilgili sorunlar olması durumunda, ilk keşif gezileri kesinlikle kendi yiyeceklerini de getirecekti. Ancak toprağı kullanılabilir hale getirme sürecini başlatabilirler.

Ekili toprağı hava, ışık ve sıcaklık olduğu sürece görevler arasında korumak da mümkündür. Siz yokken toprağı gübrelemeye bırakabileceğiniz, yenmeyen lahana türleri gibi belirli mahsulleri ekebilirsiniz. Bu, Wamelink'in ana vatanı Hollanda'daki çiftçilerin kışın topraklarını iyileştirmek için kullandıkları prensibin aynısıdır.

Dikkat edilmesi gereken bir diğer husus, hem daha cömert bir hasat için hem de gelecekteki mahsuller için tohum oluşturmak amacıyla bitki tozlaşmasıyla nasıl başa çıkacağınızdır. Birçok bitki türü polenlerini taşımak için rüzgarı kullanır. Ancak bu, Mars habitatında hava akışını ayarlamanız gerektiği anlamına geliyor ki bu hiç de kolay olmayacak. Ancak başka bir seçenek de arıları kullanmaktır.

Arılar mükemmel polen taşıyıcılardır ve Mars'taki bir habitatta yaşamak üzere Dünya'dan getirilebilir. Yaban arısı kraliçeleri potansiyel olarak bir uzay yolculuğu için kış uykusuna yatırılabilir ve daha sonra polenlerin etrafına yayılmak üzere serbest bırakılabilir.

Sinekler başka bir seçenektir ve başka bir avantajı daha vardır: Sinek larvaları yenilebilir ve birçok insan kadar hassastır. onları yemekle ilgili olsa da, vejetaryen veya vegan bir insan için önemli bir protein kaynağı sağlayabilirler. diyet.

İhtiyacımız olan her şey

Mars'ta gıda yetiştirmenin birçok karmaşıklığına rağmen teorik olarak mümkündür. Henüz üzerinde çalışılması gereken pek çok ayrıntı var, ancak prensip olarak astronotlar yanlarında doğru malzemeleri getirdiği sürece orada mahsul yetiştirebiliriz. “Bir alışveriş listem var!” Wamelink şaka yaptı.

Vurguladığı tek sınırlama, tüm bu deneylerin şu anda mevcut olan Mars simülasyonuna dayalı olması ve dolayısıyla sonuçların yalnızca simülasyon kadar doğru olmasıydı. Perkloratların hem bitkileri hem de insanları nasıl etkileyebileceği konusu açık bir konudur ve gelecekteki görevler şöyledir: Mars Örnek İadesi, Mars'tan tam olarak ne bekleyebileceğimiz konusunda daha emin olmamıza yardımcı olacak çevre.

Kolay olmayacak ama astronotlar bir gün Mars'ta yetiştirilen taze sebzeleri günlük beslenmelerinin bir parçası olarak yiyebilecekler. Wamelink, "Bunu başarmak için pek çok şey yapmanız gerekiyor" diye uyardı, "ama artık bunu nasıl yapacağımızı biliyoruz."

Bu makalenin bir parçası Marsta yaşam – İnsanların Mars'ı işgal etmesini sağlayacak en ileri bilim ve teknolojiyi araştıran 10 bölümlük bir dizi

Editörlerin Önerileri

• Kozmolojik bir yolculuk: İnsanları Mars'a yerleştirmenin zorlu lojistiği
• İtkiyi mükemmelleştirmek: İnsanları Mars'a nasıl ulaştıracağız
• Kumdan yapılmış kaleler: Mars toprağıyla nasıl yaşam alanları oluşturacağız
• Yapay atmosferler: Mars'ta solunabilir havaya sahip bir üs nasıl inşa edeceğiz?
• Hidrasyon hasadı: Gelecekteki yerleşimciler Mars'ta suyu nasıl yaratacak ve toplayacak?