Sono già in corso i preparativi per le missioni che porteranno l’uomo su Marte tra una decina di anni. Ma cosa mangerebbe la gente se queste missioni portassero alla colonizzazione permanente del pianeta rosso?
Una volta che (se) gli esseri umani arriveranno su Marte, una grande sfida per qualsiasi colonia sarà quella di generare una fornitura stabile di cibo. Gli enormi costi per il lancio e il rifornimento di risorse dalla Terra lo renderanno impraticabile.
Gli uomini su Marte dovranno abbandonare la completa dipendenza dal carico spedito e raggiungere un alto livello di agricoltura autosufficiente e sostenibile.
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La recente scoperta di acqua liquida su Marte – che aggiunge nuove informazioni alla questione se troveremo la vita sul pianeta – solleva la possibilità di utilizzare tali forniture per aiutare a coltivare cibo.
Ma l’acqua è solo una delle tante cose di cui avremo bisogno se vogliamo coltivare abbastanza cibo su Marte.
Che tipo di cibo?
I lavori precedenti hanno suggerito l’uso di microbi come fonte di cibo su Marte. L’uso di serre idroponiche e sistemi ambientali controllati, simili a quelli testati a bordo della Stazione Spaziale Internazionale per coltivare i raccolti, è un’altra opzione.
Questo mese, nella rivista Genes, forniamo una nuova prospettiva basata sull’uso della biologia sintetica avanzata per migliorare le prestazioni potenziali della vita vegetale su Marte.
La biologia sintetica è un campo in rapida crescita. Combina principi di ingegneria, scienza del DNA e informatica (tra molte altre discipline) per impartire nuove e migliori funzioni agli organismi viventi.
Non solo possiamo leggere il DNA, ma possiamo anche progettare sistemi biologici, testarli e persino progettare interi organismi. Il lievito è solo un esempio di un microbo industriale il cui intero genoma è attualmente in fase di reingegnerizzazione da parte di un consorzio internazionale.
La tecnologia è progredita così tanto che l’ingegneria genetica di precisione e l’automazione possono ora essere fuse in strutture robotiche automatizzate, note come biofoundries.
Queste biofoundries possono testare milioni di progetti di DNA in parallelo per trovare gli organismi con le qualità che stiamo cercando.
Marte: Simile alla Terra ma non la Terra
Anche se Marte è il più simile alla Terra dei nostri pianeti vicini, Marte e la Terra differiscono in molti modi.
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La gravità su Marte è circa un terzo di quella sulla Terra. Marte riceve circa la metà della luce solare che riceviamo sulla Terra, ma livelli molto più alti di raggi ultravioletti (UV) e cosmici dannosi. La temperatura superficiale di Marte è di circa -60℃ e ha una sottile atmosfera fatta principalmente di anidride carbonica.
A differenza del suolo terrestre, che è umido e ricco di nutrienti e microrganismi che supportano la crescita delle piante, Marte è coperto da regolite. Questo è un materiale arido che contiene sostanze chimiche perclorate che sono tossiche per gli esseri umani.
Inoltre – nonostante l’ultima scoperta di un lago sub-superficiale – l’acqua su Marte esiste principalmente sotto forma di ghiaccio, e la bassa pressione atmosferica del pianeta fa bollire l’acqua liquida a circa 5℃.
Le piante sulla Terra si sono evolute per centinaia di milioni di anni e sono adattate alle condizioni terrestri, ma non cresceranno bene su Marte.
Questo significa che risorse sostanziali che sarebbero scarse e inestimabili per gli esseri umani su Marte, come l’acqua liquida e l’energia, dovrebbero essere allocate per ottenere un’agricoltura efficiente creando artificialmente condizioni ottimali di crescita delle piante.
Adattare le piante a Marte
Un’alternativa più razionale è usare la biologia sintetica per sviluppare colture specifiche per Marte. Questa formidabile sfida può essere affrontata e accelerata costruendo una biofonderia marziana incentrata sulle piante.
Tale struttura automatizzata sarebbe in grado di accelerare l’ingegnerizzazione di progetti biologici e di testare le loro prestazioni in condizioni marziane simulate.
Con un finanziamento adeguato e una collaborazione internazionale attiva, tale struttura avanzata potrebbe migliorare molti dei tratti necessari per far prosperare le colture su Marte entro un decennio.
Questo include il miglioramento della fotosintesi e della fotoprotezione (per aiutare a proteggere le piante dalla luce solare e dai raggi UV), così come la tolleranza alla siccità e al freddo nelle piante, e l’ingegneria delle colture funzionali ad alto rendimento. Dobbiamo anche modificare i microbi per disintossicare e migliorare la qualità del suolo marziano.
Queste sono tutte sfide che rientrano nella capacità della moderna biologia sintetica.
Benefici per la Terra
Sviluppare la prossima generazione di colture necessarie per sostenere gli esseri umani su Marte avrebbe anche grandi benefici per le persone sulla Terra.
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La crescente popolazione globale sta aumentando la domanda di cibo. Per soddisfare questa domanda dobbiamo aumentare la produttività agricola, ma dobbiamo farlo senza impattare negativamente sul nostro ambiente.
Il modo migliore per raggiungere questi obiettivi sarebbe quello di migliorare le colture che sono già ampiamente utilizzate. La creazione di strutture come la proposta Mars Biofoundry porterebbe un immenso beneficio al tempo di risposta della ricerca sulle piante con implicazioni per la sicurezza alimentare e la protezione dell’ambiente.
Quindi, in definitiva, il principale beneficiario degli sforzi per sviluppare colture per Marte sarebbe la Terra.