Prelomové metódy pestovania jedla na Marse: Ako prekonať výzvy budúcich kolónií

Mars bol kedysi pravdepodobne „modrou“ planétou, no dnes je nehostinný a červený. Pred približne tromi miliardami rokov sa zmenil na prostredie, kde by sa budúci kolonizátori museli spoliehať na veľmi obmedzené zásoby. Na Mesiaci je pôda ostrá ako sklo, na Marse je prachová, suchá a neúrodná. Napriek tomu vedci hľadajú spôsob, ako v takomto materiáli pestovať plodiny, ak by ľudia raz žili mimo Zeme. Vytváranie vesmírnych fariem je jednou z prioritných oblastí NASA. Astrobiológovia majú teda veľa predstáv o tom, čo presne by sa malo na Červenej planéte pestovať. Poďme sa teda pozrieť na to, aké sú možnosti pestovania jedla na Marse a aké podmienky je potrebné zabezpečiť.

Simulácia marťanských podmienok na Zemi

Na vykonanie štúdie zamierili Goncalves a jej asistenti do skleníkov univerzity. Tam simulovali podmienky čo najbližšie k tým na Marse. Ako je známe, atmosféra Marsu je približne 100-krát tenšia ako zemská a pozostáva hlavne z oxidu uhličitého, dusíka a argónu. Pôda bola napodobeninou marťanského regolitu - sypkej a kamenistej pôdy, ktorá pokrýva takmer celú Červenú planétu. Pridali sa do nej kúsky obyčajnej zeminy, aby lepšie zadržiavali vodu a pevnejšie upevnili korene.

Na tento účel použili špeciálny simulátor JSC 1A Moon vyvinutý NASA, ktorý navodil rovnaké podmienky, aké sú na povrchu Mesiaca a Marsu. Na rozdiel od našej pozemskej pôdy mesačný regolit tvoria dopadajúce mikrometeority. Dýchanie mesačného prachu môže aj poškodiť pľúca. Vedci vypestovali žeruchu, roketu siatu (príbuzná rukoly), paradajku, reďkovku, raž, pór či obľúbenú quinou. Za ďalším trúfalým pokusom stojí americký astronaut Scott Kelly, ktorý v rámci projektu vesmírnej záhradky Veggie vypestoval na Medzinárodnej vesmírnej stanici (ISS) šalát a dokonca i krásne kvitnúce cínie. Cínie kvitli aj v prostredí mikrogravitácie pod umelým slnečným osvetlením. Rastlinu si v NASA vybrali aj preto, že je jedlá. Pokiaľ mali priesady cínií dostatok vody a živín, rástli aj v prostredí s umelým slnečným žiarením.

Výber plodín pre Mars

Nie náhodou si holandskí vedci vybrali hrášok, mrkvu a paradajky. Tieto rastliny sú výživné a obsahujú zvýšené množstvo antioxidantov, vitamínu C a betakaroténu. Je to veľmi dôležité, keďže tieto živiny a užitočné látky sa úplne strácajú pri dehydratácii, ktorej podliehajú všetky potraviny posielané do vesmíru. Okrem toho sú tieto rastliny sprievodnými rastlinami. Tým, že sú blízko seba, dopĺňajú sa a posilňujú.

Hrach sa tradične považuje za základ systému rozstupu riadkov. Je to strukovina, čo znamená, že je schopná zadržiavať dusík, ktorý sa premieňa na amoniak. Mimochodom, paradajkám sa pestovanie v systéme najviac páčilo. Sprievodné paradajky boli výrazne väčšie ako tie, ktoré sa pestovali samostatne. Mrkve a hrášku sa však zjavne nepáčilo byť v úzkej skupine a najmä v regolite. V porovnaní s tým, ktoré sa pestovali jednotlivo, sa ich úroda o niečo znížila.

Holandských biológov to však neodrádza. „Skutočnosť, že systém rozstupu riadkov tak dobre fungoval pre jeden druh, hovorí o potenciáli tejto metódy v budúcnosti. Je tiež veľmi zaujímavé, že v kontrolnej skupine, kde sa používala obyčajná piesčitá pôda, už dve z troch rastlín produkovali zvýšené výnosy. To naznačuje, že systém rozstupu riadkov, ktorý aktívne používali naši predkovia už v stredoveku, bude relevantný aj v pozemskej agronómii.

Vedci dúfajú, že v budúcich experimentoch nájdu recept na „úplne sebestačný systém, ktorý využíva 100 % miestnych marťanských zdrojov“. To pomôže kolóniám na Marse, aby neboli závislé od dodávok potravín zo Zeme.

Zmiešané plodiny a ich potenciál

Experimenty s paradajkami, mrkvou a hráškom ukázali, že pestovanie zmiešaných plodín má veľkú budúcnosť. Všetky tri experimentálne druhy fungovali dobre, keď boli vystavené marťanskému regolitu. Už sa dosiahlo niekoľko veľmi zaujímavých a povzbudzujúcich výsledkov. Sú opísané v článku publikovanom v časopise PLOS One.

„Potrebujete škrob. Pretože to vás vo vesmíre v skutočnosti nakŕmi. Zemiaky sú v tomto najlepšie,“ uvádza vedec Wieger Wamelink, ktorý upozorňuje na praktickejšie riešenia v pestovaní plodín, než aké ukazujú filmové predstavy.

Pestovanie rastlín v mesačnej a marťanskej pôde

Robert Ferl a jeho kolegovia Anna-Lisa Paul a Stephen M. Elardo z Floridskej univerzity pestovali rastliny na mesačnej pôde prvýkrát. Svoje prelomové zistenia zverejnili v časopise Communications Biology. Výskumníci netušili, či niečo vôbec dokáže v drsnej mesačnej pôde - regolite - vyklíčiť. NASA poskytla výskumníkom začiatkom minulého roka 12 gramov vzoriek.

„Po dvoch dňoch začali pučať,“ uviedla vo vyhlásení Anna-Lisa Paul, profesorka záhradníckych vied na Floridskej univerzite. „Všetko vyklíčilo. Nemôžem vám povedať, akí sme boli ohromení. Potom nastal zlom a na konci prvého týždňa začali rastliny v regolite chátrať, odborne povedané pociťovali stres.“ Vedci sa však domnievajú, že prostredie by sa dalo upraviť pridaním zmesi živín alebo úpravou umelého osvetlenia.

„Je to veľký krok vpred, keď viete, že môžete pestovať rastliny v mesačnej pôde,“ povedal Simon Gilroy, biológ vesmírnych rastlín z Univerzity vo Wisconsin-Madison.

Štúdia publikovaná v ACS Earth and Space Chemistry, ktorú sumarizuje Discover Magazine, skúma riešenie založené na uzavretom kolobehu zdrojov. Namiesto dovážania pôdy vedci testovali upravený roztok spracovaných splaškov, ktorý mal napodobniť recyklované odpadové prúdy v budúcich základniach. Prvý autor Harrison Coker uviedol: „V lunárnych a marsovských základniach budú organické odpady kľúčové pre vytváranie zdravých a produktívnych pôd,“ a dodal. Vedci miešali umelý roztok so simulovaným regolitom a po 24 hodinách sledovali zmeny. Materiál uvoľnil merateľné množstvá živín vrátane síry, vápnika a horčíka.

Pestovanie rastlín v marťanskej pôde je však zložitejšie. Marťanská pôda je chudobná na živiny a môže obsahovať toxické látky, ako napríklad perchloráty. Vedci zistili, že v čistej umelej marťanskej pôde semená neklíčili. Bolo potrebné pridať živiny, ako dusík, draslík a vápnik. Problémom môže byť aj vysoké pH marťanskej pôdy a prítomnosť toxických solí.

„Mars je dnes mrazivá, vyschnutá pustatina, navyše s toxickými látkami v „pôde“.“ Napriek týmto prekážkam sú americkí výskumníci na základe svojej štúdie optimisti. „Je realistické, aby marťanská kolónia s miliónom obyvateľov dosiahla pomocou moderných technológií potravinovú sebestačnosť v priebehu sto rokov,“ píšu.

Slovenské skúsenosti a budúcnosť

Slovenská organizácia pre vesmírne aktivity (SOSA) sa aktívne zapája do výskumu a vzdelávania v oblasti kozmických technológií. Chce zriadiť niekoľko kozmických inkubátorov, teda študentských laboratórií, v spolupráci s Fakultou elektrotechniky a informatiky (FEI) Slovenskej technickej univerzity (STU) v Bratislave a Leteckou fakultou Technickej univerzity v Košiciach (LF TUKE). Cieľom je vzdelávanie vo vedecko-technických odboroch či odovzdávanie praktických skúseností z vývoja a testovania 1. slovenskej družice skCUBE.

Michaela Musilová, slovenská astrobiologička, sa zaoberá výskumom extrémnych organizmov (extrémofilov), ktoré dokážu prežiť v extrémnych podmienkach. Navrhla experiment, ktorý sa sústredil na zúrodňovanie marťanskej pôdy pre realizáciu počas simulovanej misie na Mars. Zistila, že tie extrémofily dokázali v simulovanej marťanskej púštnej pôde vyrobiť toľko živín, že ju zúrodnili. Bol to určitý druh teraformovania, čiže vytvárania pozemských podmienok, či už na Marse, alebo inde vo vesmíre.

„Marsonauti“ si však podľa Musilovej prešli aj rôznymi psychologickými štúdiami, kde sa stretli s množstvom problémov, či už simulovanými, alebo nepredvídanými. Vedci si museli napr. poradiť s pokazeným potrubím, toaletou či kúrením. Neskôr prišla snehová búrka, ktorá zakryla solárne panely, takže posádka mala obmedzený prístup k elektrine.

Stanicu MDRS postavila nezisková spoločnosť Mars Society v roku 2001 vo vysokých nadmorských výškach studenej púšte amerického Utahu. Pokiaľ ide o prírodné podmienky, geologické útvary či extrémne organizmy, je to údajne jedno z najpodobnejších miest Marsu na Zemi. Stanica je vybudovaná ako prípravu na náročnosť a prekážky, ktoré môžu čakať ľudí na živote na červenej planéte.

Aký bude život v kolónii na Marse

Výskum kolostra či beta granulátu, experiment pestovania špenátu, geologické štúdie povrchu simulovanej červenej planéty alebo 3D tlač tehál s použitím simulovanej marťanskej pôdy. Trojtýždenná misia sa uskutočnila v polovici januára tohto roka na Marťanskej púštnej výskumnej stanici (MDRS - Mars Desert Research Station) v americkom Utahu.

S plodinami súvisel podľa Musilovej aj ďalší experiment, a to pestovanie špenátu v "marťanských" podmienkach, pod lampou a na špeciálnych poličkách, vedci zaznamenali jeho rýchlejší rast. Časť špenátu aj po misii zostala na simulovanom "Marse", kde sa o neho v simulovanej marťanskej pôde starajú ďalšie posádky misií.

V rámci 3D tlače tehál aj s použitím simulovanej marťanskej pôdy bolo úlohou vymyslieť multifunkčné tehly tak, aby sa z nich dalo aj stavať, aby chránili pred budúcim žiarením na Marse, aby mali izolačnú vrstvu a aby sa mala tiež kde skladovať voda.

Kľúčovým prvkom pre astronautov pri dlhodobých misiách do vesmíru je práve zdroj potravy. NASA spolu s ostatnými vesmírnymi agentúrami realizuje viacero experimentov smerujúcich k umožneniu dlhodobého pobytu človeka vo vesmíre. Pestovanie rastlín bude možné len v chránených, ale obmedzených „skleníkoch“. Naopak, trvalý dovoz by bol pridrahý a z princípu by protirečil myšlienke samostatnej marťanskej kolónie.

Kevin Cannon a Daniel Britt vo svojej štúdii dospeli k záveru, že kľúčom k úspechu bude predovšetkým chov hmyzu a laboratórna produkcia takzvaného kultivovaného (alebo čistého) mäsa. Laboratórne pestovanie mäsa v bioreaktoroch alebo vo fermentátoroch podľa autorov kolonistom umožní „konzumovať podobnú stravu ako na Zemi napriek obmedzeniam marťanského prostredia“.

„Kultivované mäso a hmyzie farmy produkujú s použitím rovnakého množstva vody a využitej plochy oproti tradičnému pestovaniu rastlín oveľa viac kalórií,“ zdôrazňujú vedci. Ako obzvlášť vhodný jedlý hmyz sa podľa nich ukazujú napríklad šváby, z ktorých možno vyrábať múku alebo proteínové tyčinky.

V budúcnosti by sa mohlo na Marse pestovať aj v podzemných farmách, ktoré by chránili rastliny pred škodlivým žiarením. V rámci prípravy na budúcnosť, v ktorej by astronauti mohli pestovať svoje vlastné jedlo na Marse, sa vedci snažia pestovať plodiny v laboratóriu pomocou umelej marťanskej pôdy.