Valmistelut ovat jo käynnissä tehtäviä varten, joiden avulla ihmiset laskeutuvat Marsiin noin vuosikymmenen kuluttua. Mutta mitä ihmiset söisivät, jos nämä tehtävät johtavat lopulta punaisen planeetan pysyvään asuttamiseen?
Jos (jos) ihmiset pääsevät Marsiin, minkä tahansa siirtokunnan suurena haasteena on vakaan ruoantuotannon turvaaminen. Maasta lähtevien resurssien laukaisemisesta ja toimittamisesta aiheutuvat valtavat kustannukset tekevät siitä epäkäytännöllistä.
Marsissa asuvien ihmisten on siirryttävä pois täydellisestä riippuvuudesta kuljetettavasta rahdista ja saavutettava korkeatasoinen omavarainen ja kestävä maatalous.
Lue lisää: Discovered: a huge liquid water lake under the southern pole of Mars
Tuore nestemäisen veden löytyminen Marsista – joka tuo uutta tietoa kysymykseen siitä, löydämmekö planeetalta elämää – herättää kuitenkin mahdollisuuden käyttää tällaisia varastoja ruuan kasvattamiseen.
Vesi on kuitenkin vain yksi monista asioista, joita tarvitsemme, jos aiomme kasvattaa riittävästi ruokaa Marsissa.
Millaista ruokaa?
Varhaisemmissa töissä on ehdotettu mikrobien käyttöä ruoan lähteenä Marsissa. Toinen vaihtoehto on hydroponisten kasvihuoneiden ja kontrolloitujen ympäristöjärjestelmien käyttö, jollaisia testataan Kansainvälisellä avaruusasemalla viljelykasvien kasvattamiseen.
Tässä kuussa Genes-lehdessä esitämme uuden näkökulman, joka perustuu kehittyneen synteettisen biologian käyttöön kasvien mahdollisen suorituskyvyn parantamiseksi Marsissa.
Synteettinen biologia on nopeasti kasvava ala. Siinä yhdistyvät insinööritieteiden, DNA-tieteen ja tietojenkäsittelytieteen (monien muiden tieteenalojen ohella) periaatteet, joiden avulla eläville organismeille voidaan antaa uusia ja parempia toimintoja.
Emmekä ainoastaan pysty lukemaan DNA:ta, vaan voimme myös suunnitella biologisia järjestelmiä, testata niitä ja jopa kehittää kokonaisia organismeja. Hiiva on vain yksi esimerkki teollisesta työläismikrobista, jonka koko genomia muokataan parhaillaan uudelleen kansainvälisen konsortion toimesta.
Teknologia on edennyt niin pitkälle, että täsmägeenitekniikka ja automaatio voidaan nyt yhdistää automatisoituihin robottilaitoksiin, joita kutsutaan biotehtaiksi (biofoundries).
Näissä biotehtaissa voidaan testata rinnakkain miljoonia DNA-rakenteita löytääksemme organismeja, joilla on juuri ne ominaisuudet, joita me etsimme.
Marsissa:
Vaikka Mars on naapuriplaneetoistamme eniten Maan kaltainen, Mars ja Maa eroavat toisistaan monin tavoin.
Lue lisää: Rakas päiväkirja: Aurinko ei koskaan laskenut arktisessa Mars-simulaatiossa
Painovoima Marsissa on noin kolmannes Maan painovoimasta. Mars saa noin puolet Maan auringonvalosta, mutta paljon enemmän haitallista ultraviolettisäteilyä (UV) ja kosmista säteilyä. Marsin pintalämpötila on noin -60 ℃, ja siellä on ohut ilmakehä, joka koostuu pääasiassa hiilidioksidista.
Toisin kuin Maan maaperä, joka on kosteaa ja jossa on runsaasti ravinteita ja mikro-organismeja, jotka tukevat kasvien kasvua, Mars on regoliitin peitossa. Tämä on kuivaa materiaalia, joka sisältää ihmiselle myrkyllisiä perkloraattikemikaaleja.
Vesi on Marsissa myös – viimeisimmästä maanalaisen järven löydöstä huolimatta – enimmäkseen jään muodossa, ja planeetan matala ilmanpaine saa nestemäisen veden kiehumaan noin 5 ℃:n lämpötilassa.
Marssin kasvit ovat maapallolla kehittyneet satojen miljoonien vuosien ajan ja sopeutuneet maanpäällisiin olosuhteisiin, mutta Marsin kasvit eivät kasva hyvin.
Tämä tarkoittaa, että huomattavia resursseja, jotka olisivat Marsin ihmiselle niukkoja ja korvaamattomia, kuten nestemäistä vettä ja energiaa, pitäisi kohdentaa tehokkaan viljelyn aikaansaamiseksi luomalla keinotekoisesti optimaaliset kasvien kasvuolosuhteet.
Kasvien sovittaminen Marsiin
Järkevämpi vaihtoehto on käyttää synteettistä biologiaa kehitettäessä viljelykasveja nimenomaan Marsia varten. Tämä valtava haaste voidaan ratkaista ja nopeuttaa rakentamalla kasveihin keskittyvä Marsin biotehdas.
Tällainen automatisoitu laitos kykenisi nopeuttamaan biologisten mallien suunnittelua ja niiden suorituskyvyn testaamista simuloiduissa Marsin olosuhteissa.
Riittävällä rahoituksella ja aktiivisella kansainvälisellä yhteistyöllä tällainen edistyksellinen laitos voisi parantaa monia ominaisuuksia, joita tarvitaan, jotta viljelykasvit kukoistaisivat Marsissa vuosikymmenen kuluessa.
Tämä käsittää muun muassa fotosynteesin ja valosuojauksen (joka auttaa suojaamaan kasveja auringonvalolta ja UV-säteilyltä) parantamisen sekä kasvien kuivuuden- ja kylmänsietokyvyn parantamisen ja korkeatuottoisten funktionaalisten viljelykasvien kehittämisen. Meidän on myös muokattava mikrobeja, jotta ne voivat myrkyttää ja parantaa Marsin maaperän laatua.
Nämä kaikki ovat haasteita, jotka ovat nykyaikaisen synteettisen biologian kyvykkyyden piirissä.
Hyötyjä Maapallolle
Marssin ihmiskunnan elättämiseen tarvittavien seuraavan sukupolven viljelykasvien kehittäminen toisi suuria hyötyjä myös Maapallolla eläville ihmisille.
Lue lisää: Before we colonise Mars, let’s look to our problems on Earth
The growing global population is increasing the demand for food. Vastataksemme tähän kysyntään meidän on lisättävä maatalouden tuottavuutta, mutta meidän on tehtävä se vaikuttamatta kielteisesti ympäristöömme.
Paras tapa saavuttaa nämä tavoitteet olisi parantaa jo laajalti käytettyjä viljelykasveja. Ehdotetun Mars Biofoundryn kaltaisten laitosten perustaminen toisi valtavaa hyötyä kasvitutkimuksen läpimenoaikaan, millä olisi vaikutuksia elintarviketurvaan ja ympäristönsuojeluun.
Siten viime kädessä suurin hyötyjä ponnisteluista, joilla pyritään kehittämään viljelykasveja Marsia varten, olisi Maa.