De voorbereidingen voor missies die over een jaar of tien mensen op Mars zullen laten landen, zijn al in volle gang. Maar wat moeten de mensen eten als deze missies uiteindelijk leiden tot de permanente kolonisatie van de rode planeet?
Als (als) de mens eenmaal op Mars is, is het een grote uitdaging voor elke kolonie om een stabiele voedselvoorziening te genereren. De enorme kosten van lancering en bevoorrading vanaf de aarde zullen dat onpraktisch maken.
Mensen op Mars zullen moeten afstappen van een volledige afhankelijkheid van verscheepte vracht, en een hoog niveau van zelfvoorzienende en duurzame landbouw moeten bereiken.
Lees meer: Ontdekt: een enorm vloeibaar watermeer onder de zuidpool van Mars
De recente ontdekking van vloeibaar water op Mars – die nieuwe informatie toevoegt aan de vraag of we leven op de planeet zullen vinden – verhoogt wel de mogelijkheid om dergelijke voorraden te gebruiken om voedsel te helpen verbouwen.
Maar water is slechts een van de vele dingen die we nodig zullen hebben als we genoeg voedsel op Mars willen verbouwen.
Wat voor soort voedsel?
Vorige werkzaamheden hebben het gebruik van microben als voedselbron op Mars gesuggereerd. Het gebruik van hydrocultuurkassen en gecontroleerde omgevingssystemen, vergelijkbaar met een systeem dat wordt getest aan boord van het internationale ruimtestation om gewassen te telen, is een andere optie.
Deze maand, in het tijdschrift Genes, bieden we een nieuw perspectief gebaseerd op het gebruik van geavanceerde synthetische biologie om de potentiële prestaties van plantaardig leven op Mars te verbeteren.
Synthetische biologie is een snel groeiend veld. Het combineert principes van engineering, DNA-wetenschap en computerwetenschap (naast vele andere disciplines) om levende organismen nieuwe en verbeterde functies te geven.
Niet alleen kunnen we DNA lezen, maar we kunnen ook biologische systemen ontwerpen, ze testen en zelfs hele organismen bouwen. Gist is slechts één voorbeeld van een industriële werkpaard-microbe waarvan het hele genoom momenteel opnieuw wordt ontworpen door een internationaal consortium.
De technologie is zo ver gevorderd dat precisie-genetica en automatisering nu kunnen worden samengevoegd in geautomatiseerde robotfaciliteiten, bekend als biofoundries.
Deze biofoundries kunnen miljoenen DNA-ontwerpen parallel testen om de organismen te vinden met de kwaliteiten waarnaar we op zoek zijn.
Mars: Aardachtig maar niet Aarde
Hoewel Mars het meest op de Aarde lijkt van onze buurplaneten, verschillen Mars en de Aarde in veel opzichten.
Lees meer: Lief dagboek: de zon ging nooit onder op de Arctische Mars-simulatie
De zwaartekracht op Mars is ongeveer een derde van die op Aarde. Mars ontvangt ongeveer de helft van het zonlicht dat wij op aarde krijgen, maar veel hogere niveaus van schadelijke ultraviolette (UV) en kosmische stralen. De oppervlaktetemperatuur van Mars is ongeveer -60℃ en het heeft een dunne atmosfeer voornamelijk gemaakt van kooldioxide.
In tegenstelling tot de bodem van de aarde, die vochtig is en rijk aan voedingsstoffen en micro-organismen die plantengroei ondersteunen, is Mars bedekt met regolith. Dit is een dor materiaal dat perchloraatchemicaliën bevat die giftig zijn voor mensen.
Ook – ondanks de laatste vondst van meren onder de grond – bestaat water op Mars meestal in de vorm van ijs, en de lage atmosferische druk van de planeet zorgt ervoor dat vloeibaar water kookt bij ongeveer 5℃.
Planten op aarde zijn honderden miljoenen jaren geëvolueerd en zijn aangepast aan aardse omstandigheden, maar ze zullen niet goed groeien op Mars.
Dit betekent dat aanzienlijke hulpbronnen die schaars en onbetaalbaar zouden zijn voor mensen op Mars, zoals vloeibaar water en energie, zouden moeten worden toegewezen om efficiënte landbouw te bereiken door kunstmatig optimale groeicondities voor planten te creëren.
Planten aanpassen aan Mars
Een rationeler alternatief is om synthetische biologie te gebruiken om gewassen specifiek voor Mars te ontwikkelen. Deze formidabele uitdaging kan worden aangepakt en versneld door het bouwen van een plant-gerichte Mars biofoundry.
Een dergelijke geautomatiseerde faciliteit zou in staat zijn om de engineering van biologische ontwerpen en het testen van hun prestaties onder gesimuleerde Mars-omstandigheden te versnellen.
Met voldoende financiering en actieve internationale samenwerking zou een dergelijke geavanceerde faciliteit veel van de eigenschappen die nodig zijn om gewassen op Mars te laten gedijen, binnen een decennium kunnen verbeteren.
Dit omvat het verbeteren van fotosynthese en fotoprotectie (om planten te helpen beschermen tegen zonlicht en UV-stralen), evenals droogte- en koudetolerantie bij planten, en het ontwikkelen van functionele gewassen met een hoge opbrengst. We moeten ook microben modificeren om de bodemkwaliteit op Mars te ontgiften en te verbeteren.
Dit zijn allemaal uitdagingen die binnen de mogelijkheden van de moderne synthetische biologie liggen.
Voordelen voor de aarde
De ontwikkeling van de volgende generatie gewassen die nodig is om mensen op Mars te houden, zou ook grote voordelen hebben voor de mensen op aarde.
Lees meer: Voordat we Mars koloniseren, laten we kijken naar onze problemen op aarde
De groeiende wereldbevolking doet de vraag naar voedsel toenemen. Om aan deze vraag te voldoen, moeten we de productiviteit van de landbouw verhogen, maar we moeten dit doen zonder ons milieu negatief te beïnvloeden.
De beste manier om deze doelen te bereiken, zou zijn om de gewassen te verbeteren die al op grote schaal worden gebruikt. Het opzetten van faciliteiten zoals de voorgestelde Mars Biofoundry zou enorme voordelen opleveren voor de doorlooptijd van het plantenonderzoek, met implicaties voor de voedselzekerheid en de milieubescherming.
Dus uiteindelijk zou de belangrijkste begunstigde van de inspanningen om gewassen voor Mars te ontwikkelen de aarde zijn.