Farma na Marsie będzie o wiele trudniejsza

W filmie Marsjanin astronauta Mark Watney (w tej roli Matt Damon) przeżywa utknięcie na Czerwonej Planecie, uprawiając ziemniaki na marsjańskim błocie nawożonym odchodami.

Przyszli astronauci z Marsa mogliby uprawiać plony w ziemi, aby uniknąć polegania wyłącznie na misjach zaopatrzeniowych i uprawiać większą ilość i różnorodność żywności niż w przypadku samej hydroponiki. Jednak nowe eksperymenty laboratoryjne sugerują, że uprawa żywności na Czerwonej Planecie będzie o wiele bardziej skomplikowana niż zwykłe sadzenie roślin z odchodami.

Naukowcy posadzili sałatę i rzodkiewnik pospolity (Arabidopsis thaliana) w trzech rodzajach fałszywej marsjańskiej ziemi. Dwie próbki to ziemia wydobyta na Hawajach i pustyni Mojave, które wyglądają jak ziemia na Marsie. Aby jeszcze dokładniej naśladować powierzchnie Marsa, trzecia próbka to połączenie skał wulkanicznych, gliny, soli i innych składników chemicznych, które łazik Curiosity z NASA widział na Czerwonej Planecie. Podczas gdy zarówno sałata, jak i A. thaliana przetrwały w naturalnych glebach podobnych do Marsa, żadna z roślin nie rosła w mieszance skał wulkanicznych i składników chemicznych.

„Nic dziwnego, że gdy dostajesz [ziemie], która coraz dokładniej, przypomina tą Marsie, rośliny rosną w nim coraz trudniej” – mówi planetolog Kevin Cannon z Colorado School of Mines w Golden. Który pomógł wytworzyć syntetyczny ziemie na Marsie, ale nie był zaangażowany w nowe badanie.

Gleba na Ziemi jest pełna drobnoustrojów i innej materii organicznej, która pomaga roślinom rosnąć, ale ziemia Marsa to w zasadzie pokruszona skała. Nowy wynik „mówi, że jeśli chcesz uprawiać rośliny na Marsie przy użyciu gleby, będziesz musiał włożyć dużo pracy, aby przekształcić ten materiał w coś, na czym mogą rosnąć rośliny” – mówi Cannon.

Biochemik Andrew Palmer i jego współpracownicy z Florida Institute of Technology w Melbourne zasadzili sałatę i nasiona A. thaliana w imitacji ziemi marsjańskiej w kontrolowanym oświetleniu i temperaturze w pomieszczeniach, tak jak astronauci na Marsie. Rośliny uprawiano w 22 ° Celsjusza i około 70% wilgotności.

Nasiona obu gatunków kiełkowały i rosły w ziemi wydobywanej z Hawajów lub pustyni Mojave, o ile rośliny były nawożone koktajlem azotu, potasu, wapnia i innych składników odżywczych. Żadne nasiona żadnego gatunku nie mogły kiełkować w syntetycznej ziemi, więc „uprawialiśmy rośliny w warunkach podobnych do hydroponicznych, a następnie przenosiliśmy je” na sztuczną ziemię, mówi Palmer. Ale nawet po podaniu nawozu te sadzonki umierały w ciągu tygodnia od przesadzenia.

W eksperymentach laboratoryjnych sałata była w stanie rosnąć na podobnej do Marsa glebie z pustyni Mojave (na zdjęciu), o ile gleba była nawożona azotem, potasem, wapniem i innymi składnikami odżywczymi. NATHAN HADLAND

Zespół Palmera podejrzewał, że problemem z syntetyczną ziemią Marsa było jego wysokie pH, które wynosiło około 9,5. Dwie naturalne gleby miały poziom pH około 7. Kiedy naukowcy potraktowali syntetyczną ziemie kwasem siarkowym w celu obniżenia pH do 7,2, przeszczepione sadzonki przeżyły dodatkowy tydzień, ale ostatecznie umarły.

Zespół napotkał również inny problem: oryginalna receptura syntetycznej ziemi nie zawierała nadchloranu wapnia, toksycznej soli, która według ostatnich obserwacji stanowi około 2 procent powierzchni Marsa. Kiedy zespół Palmera dodał go w stężeniu podobnym do obserwowanego na Marsie, ani sałata, ani A. thaliana w ogóle nie rosły w ziemi.

„Nadchloran to poważny problem” w rolnictwie na Marsie – mówi Edward Guinan, astrobiolog z Uniwersytetu Villanova w Pensylwanii, który nie brał udziału w tej pracy. Ale nadchloran wapnia nie musi być przeszkodą. „Na Ziemi są bakterie, które lubią nadchlorany jako pożywienie” – mówi Guinan. Gdy mikroby jedzą sól, wydzielają tlen. Gdyby te bakterie zostały zabrane z Ziemi na Marsa, aby zjeść nadchlorany z marsjańskiej ziemi, Guinan wyobraża sobie, że organizmy te mogłyby nie tylko pozbyć się toksycznego składnika ziemi, ale być może także pomóc astronautom w wytwarzaniu tlenu.

Co więcej, dokładna obróbka wymagana, aby marsjańska ziemia była możliwa do uprawy, może się różnić w zależności od tego, gdzie astronauci tworzą swoje gospodarstwo. „To prawdopodobnie zależy od tego, gdzie wylądujesz, jaka będzie geologia i chemia gleby” – mówi Guinan.

Aby zbadać, jak ta różnorodność może wpłynąć na przyszłe praktyki rolnicze, geochemik Laura Fackrell z University of Georgia w Atenach i jej współpracownicy stworzyli pięć nowych rodzajów syntetycznej ziemi marsjańskiej. Te syntetyczne ziemie, oparte są na obserwacjach z powierzchni Marsa łazików Curiosity, Spirit i Opportunity, a także statków kosmicznych NASA Mars Global Surveyor i Mars Reconnaissance Orbiter.

Każdy nowa sztuczna ziemia Marsa reprezentuje mieszankę materiałów, które można znaleźć lub wyprodukować na Czerwonej Planecie. Jeden ma reprezentować przeciętny skład ziemi na Marsie, podobny do syntetycznego materiału stworzonego przez zespół Cannona. Pozostałe cztery odmiany mają nieco inny skład, na przykład ziemia, który jest szczególnie bogaty w węglany lub siarczany. Ta kolekcja „poszerza paletę tego, co mamy do dyspozycji” jako stanowisko testowe do eksperymentów rolniczych, mówi Fackrell.

Teraz przeprowadzane są wstępne eksperymenty wzrostu roślin. Jak dotąd najlepiej wyrosła roślina strączkowa, fasol ćmą (vigna aconitifolia), która ma podobną wartość odżywczą do soi, ale jest bardziej odporna na suszę. „Ale niekoniecznie jest super zdrowa” – mówi Fackrell. Przyszłe eksperymenty mogą zbadać, jakie koktajle odżywcze pomagają roślinom przetrwać na różnych glebach na terenach marsjańskich.

Źródła: Maria Temming

A. Eichler et al. Challenging the agricultural viability of martian regolith simulantsIcarus. Vol. 354, January 15, 2021. doi: 10.1016/j.icarus.2020.114022.

L.E. Fackrell et al. Development of martian regolith and bedrock simulants: Potential and limitations of martian regolith as an in-situ resourceIcarus. Vol. 354, January 15, 2021. doi: 10.1016/j.icarus.2020.114055.

Zdjęcia: OSTAPENKOOLENA/ISTOCK/GETTY IMAGES PLUS

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x