Можно ли выращивать растения на марсе
Добавил пользователь Дмитрий К. Обновлено: 19.09.2024
В связи с увеличением роста населения и сокращением пахотных земель на Земле, астроземледелие в будущем может оказаться жизненно важной отраслью. В частности, большое значение будет играть марсианская почва, которая на данный момент не считается плодородной. Однако ученые нашли способ улучшить рост растений в грунте Красной планеты.
В идее колонизации Марса пока слишком много пробелов, и обеспечение колонизаторов пищей — один из них. Поэтому на Красной планете придётся выращивать еду на месте, но дело осложняет бесплодная марсианская почва. Новое исследование показало, что удобрение растений грамотрицательными бактериями может значительно улучшить их рост даже в марсианском грунте — ученые это с успехом и продемонстрировали.
Чрезвычайно сухая, пыльная и каменистая грязь, придающая Красной планете характерный оттенок, бесперспективна для сельского хозяйства. В реголите, как известно, не хватает обычной органики от растений и животных, которая и обеспечивает питательные вещества для сельскохозяйственных культур. Это означает, что попытки выращивать что-то в такой почве безуспешны.
Азот является относительно важным питательным веществом для растений, поэтому отсутствие азотсодержащих молекул в реголите Марса — серьезная проблема. В рамках нового эксперимента исследователи из Университета штата Колорадо решили добавить его в грунт с помощью почвенных бактерий, которые фиксируют азот из воздуха.
Команда ученых вырастила клевер в образцах смоделированной марсианской почвы, причем некоторые растения были привиты азотфиксирующими бактериями Sinorhizobium meliloti. Эти бактерии также образуют симбиотические отношения с некоторыми бобовыми.
Выяснилось, что растения с симбиотическими бактериями развивались намного лучше: корни и побеги росли у них на 75% быстрее, чем у клевера, который рос просто в искусственном реголите без бактериальной инокуляции.
Клевер, выращенный в искусственной марсианской почве, растёт намного лучше в сочетании с азотфиксирующими бактериями (слева), чем без них (справа). Изображение: Государственный университет Колорадо
Ученые также исследовали концентрацию азота в почве, чтобы оценить способность клубеньковых растений и симбионтов к улучшению качества грунта. Однако они получили интересный результат: уровень азотсодержащих молекул в почве вокруг инокулированных растений не увеличивался, то есть существенных различий в составе почвы, где были растения с бактериями, и имитацией реголита не обнаружили.
Если бы количество азотсодержащих молекул увеличивалось в первом варианте, то можно было бы сделать вывод, что реголит улучшается с течением времени, становясь все более подходящим для выращивания в нем сельскохозяйственных культур.
Тем не менее, результаты исследования, опубликованного в PLOS ONE, показывают, что азотфиксирующие бактерии Sinorhizobium meliloti образуют клубеньки на корнях растений в марсианском реголите, в конечном итоге значительно улучшая рост клевера (Melilotus officinalis) в тепличных условиях, так как переводят азот в усваиваемые растениями соединения. То есть они могут значительно усилить развитие растений в реголите и стать важным ингредиентом для будущих земледельцев на Марсе.
Ученые из Нидерландов задались вопросом, можно ли выращивать растения на Марсе.
Уровень радиации на Марсе выше, чем на Земле, в 17 раз. В связи с этим эксперимент проводился в вытяжном шкафу с соблюдением безопасности.
Впрочем, ученые были готовы к такому, а космический фермер Вигер Вамлинк признался, что всегда ожидал, что радиация будет иметь негативный эффект на рост растений, но это никогда не было очень хорошо исследовано. В связи с этим исследование приобретало дополнительный смысл — предстояло выяснить, как радиация влияет на рост растений.
В ходе исследования растущие растения постоянно облучали в течение 28 суток, а затем собирали урожай. Отмечается, что можно вырастить растения под землей в куполе, куда не может проникнуть большая часть радиации. Отмечается, что это более сложная задача, чем выращивание растений в теплице на поверхности, но тем не менее метод защищает от радиации.
Ранее сообщалось, что американский ровер Perseverance столкнулся с проблемами при попытке собрать марсианский грунт.
МЦК был основан в 1971 году указом перуанского правительства. С момента своего основания Центр стремится к сокращению масштабов нищеты и достижения продовольственной безопасности в развивающихся странах посредством научных исследований и деятельности, связанной с возвращением генетических ресурсов картофеля. Помимо этого, ученые Центра выводят новые сорта картофеля и других клубневых и корневых сельскохозяйственных культур и занимаются управлением природными ресурсами в Андах и других горных районах.
В конце 2015 года Международный центр по картофелю начал сотрудничать с НАСА, чтобы попытаться вырастить картофель в условиях, приближенных к марсианским. Проект был задуман Центром для того, чтобы понять, можно ли выращивать картофель на Марсе и посмотреть, как клубни приспосабливаются к экстремальным условиям, аналогичных тем, которые можно наблюдать в регионах, страдающих от изменения климата и природных катаклизмов.
Второй этап эксперимента МЦК начался 14 февраля 2016 года, когда клубень посадили в специально построенный герметичный контейнер в кубсате — небольшом модульном спутнике, созданном сотрудниками Университета инженерных разработок и технологий (UTEC) в Лиме на основе планов и рекомендаций, предоставленных Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства исследовательского центре Эймса (NASA ARC). Предварительные результаты исследования оказались весьма успешными.
Внутри герметичной среды кубсат обеспечивает питание и воду, регулирует температуру и давление, соотносимые с дневными и ночными условиями Марса, а также уровень кислорода и углекислого газа. Специальные датчики постоянно контролируют эти условия, а камеры ведут прямую трансляцию, записывая состояние почвы в ожидании всходов картофеля.
Выращивание культур в Марсо-подобных условиях — важный этап эксперимента. Ученые уверены: если урожай выживет в тех испытаниях, которым он подвергается в кубсате, то у картофеля есть хороший шанс вырасти на Марсе. Исследователи планируют провести несколько дополнительных испытаний, чтобы выяснить, какие сорта картофеля справятся с этой задачей лучше всего. Они хотят понять, каковы минимальные условия для выживания саженцев.
Но почему именно картофель, а не любое другое растение? Согласно данным селекционера МЦК Уолтера Амороса (Walter Amoros), главное преимущество картофеля заключается в сильной генетической способности к адаптации в экстремальных условиях. Центр использует эту возможность в выведении модифицированных культур, которые могут перетерпеть такие суровые условия, как засуха или засоление. Таким образом мелкие фермеры могут выращивать еду на маргинальных территориях. Выращивать на Марсе именно картофель имеет смысл еще и потому, что именно это растение обладает наивысшей энергетической ценностью и при этом требует наименьшее количество площади для успешного произрастания среди всех сельскохозяйственных культур.
Одним из лучших сортов, проявивляющих наиболее высокую солеустойчивость, стал разработанный МЦК картофель для рассадки в субтропических низменностях и прибрежных районах Бангладеша с высокой концентрацией минералов в почве.
В 2016 году Международный центр по картофелю получил образец почвы, максимально приближенный по составу к грунтовой поверхности Марса. Земля, добытая из пустыни Пампас де ла Хойя, расположенной в южной части Перу, оказалась достаточно сухой и соленой, но исследователям удалось вырастить в ней клубни картофеля с помощью удобренной почвы.
После этих экспериментов ученые надеются, что следующие миссии на Марс будут сопровождаться попытками повторить уже в настоящем марсианском грунте. Для этого им придется подготовить почву с рыхлой структурой и полным набором питательных веществ, чтобы клубни получали достаточно воздуха и воды.
Человечество рано или поздно достигнет Марса. Вероятно, что в ближайшие десятилетия на поверхности Красной планеты появится база или колония. И встанет вопрос питания людей. Но можно ли выращивать там растения, используя обычные теплицы?
Научное исследование имело за цель определить, можно ли на Марсе воспользоваться энергией Солнца, чтобы выращивать съедобные растения. То есть, рассматривалась возможность построения обычных теплиц на поверхности Красной планеты, которые имели бы прозрачную крышу и стены. Результаты эксперимента оказались не очень обнадеживающими.
Марсоход Curiosity проводил замеры радиационного фона на Марсе / Фото NASA
Результаты радиационного эксперимента
Казалось бы, что тут не о чем говорить – радиация убивает. Но ученым не хватало экспериментальных данных, чтобы оценить уровень воздействия радиации в марсианских условиях. Тем более не было данных о влиянии радиации на определенные типы растений.
Исследователи использовали кобальт-60, чтобы имитировать гамма-излучения в марсианских условиях. На Красной планете радиация в 17 раз мощнее, чем на Земле. 5 источников гамма-излучения расположили над рядами растений, чтобы исключить большое радиационное воздействие на какое-то отдельное растение или группу растений. Эксперимент длился 28 дней.
Результат, как говорят ученые, был ожидаемым. Урожай был намного хуже, чем у контрольной группы, которая не подверглась радиационному облучению.
Я всегда ждал, что радиация будет иметь негативный эффект на рост растений. Но это не было хорошо исследовано, поэтому нам нужно было подтвердить, что это ожидание было правильным,
– говорит один из авторов исследования Вигер Вамелинк.
Эксперимент показал, что на Марсе нельзя будет рассчитывать на прямые солнечные лучи, ведь одно только гамма-излучение способно сильно подавлять рост растений. А кроме гамма-излучения существуют и другие типы радиации: альфа, бета, рентгеновское излучение, протоны высоких энергий, нейтроны и тяжелые заряженные частицы.
Почва
Чтобы выращивать овощи в течение первых месяцев, астронавтам в принципе не обязательна почва, делать это можно по гидропонной технологии.
Однако в реальности с земледелием на Марсе не все так просто, как в кино. Марсианский грунт полностью лишен органики. В качестве удобрений, конечно, можно использовать остатки еды или экскременты, но как отмечают ученые, для получения растениями питательных веществ потребуются минерализующие органические вещества — редуценты, к которым относятся бактерии и грибы.
Международные исследователи давно проводят эксперименты по выращиванию растений в почве, приближенной к марсианской. Одни используют в качестве грунта Красной планеты песок из пустынь, другие — вулканический пепел. Некоторые из этих экспериментов можно назвать удачными — так, голландским экологам удалось вырастить в песке урожаи помидоров и гороха. Но даже если эта проблема будет решена, то помимо неплодородной почвы у марсианского земледелия есть и другие препятствия.
Токсичность
Американский исследователь Брюс Багби обращает внимание на еще одну проблему Марса — недостаток света. Культурным растениям необходим яркий свет, в то время как интенсивность освещения на поверхности Марса, находящегося в 1,5 раза дальше от Солнца, составляет лишь около 60% от земного. Ученый отмечает, что ламповое освещение вряд ли сможет заменить солнечное, ведь даже в хорошо освещенном офисном помещении в 30 раз меньше света, чем необходимо для выращивания картофеля, пшеницы и других культур.
Таким образом, возможность организации ферм на Марсе пока существует лишь в теории. И то при условии, что первые колонисты будут оснащены всеми необходимыми технологиями для обеспечения достаточного освещения, фильтрации воды и химической очистки грунта. На практике же просто невозможно воссоздать всех условий, которые поджидают колонистов на красной планете.
Читайте также: