Možnosť pestovania jedla na Marse je jednou z kľúčových otázok pre budúce ľudské misie a prípadnú kolonizáciu Červenej planéty. Pre dlhodobé vesmírne misie budú nevyhnutné spoľahlivé zdroje potravy a kyslíka, keďže transport zásob zo Zeme je nákladný a neudržateľný. Vytváranie vesmírnych fariem je preto jednou z prioritných oblastí výskumu NASA a ďalších vesmírnych agentúr.
Kým sa ľudia vydajú na skutočný Mars, vedci simulujú tamojšie podmienky na Zemi, aby otestovali technológie a metódy pestovania. Tieto simulácie, často realizované v púštnych prostrediach, ako je napríklad Marťanská púštna výskumná stanica (MDRS) v americkom Utahu, poskytujú cenné poznatky o výzvach a potenciálnych riešeniach.
Prečo je pestovanie jedla na Marse nevyhnutné?
Dnes sú zásoby jedla na Medzinárodnú vesmírnu stanicu (ISS) dopravované zo Zeme pravidelnými letmi. Avšak na extrémne dlhé lety k iným planétam alebo trvalé osídlenie iných planét by takéto transporty boli prakticky nemožné. Cesta na Mars bude trvať dlhé mesiace, počas ktorých budú marsonauti odkázaní na balené jedlo. To časom stráca dôležité živiny, a tak cestovatelia nevyhnutne potrebujú čerstvú stravu. Riešenie problému spočíva v kozmických skleníkoch a pestovaní vlastných plodín, ktoré by zároveň obohatili stereotypný jedálniček astronautov.
Vhodne nastavený rastlinný ekosystém by mohol produkovať potravu pre astronautov a vedcov, vyrábať kyslík, spotrebúvať oxid uhličitý vznikajúci pri dýchaní posádky a zároveň spotrebúvať či recyklovať niektoré ľudské odpady. Aj keď neexistuje ekosystém efektívny na 100 percent, pri dobrom výbere rastlín by sa mohol udržať funkčným na dostatočne dlhú dobu. Kľúčovým prvkom pre astronautov pri dlhodobých misiách do vesmíru je práve zdroj potravy.
Súčasná vesmírna strava, ktorú Michaela Musilová prirovnáva ku granulám pre psov, je nevábna. Kuracie mäso je len o trochu svetlejšie ako hovädzie, všetko ostatné je v práškovom stave a zmiešava sa s vodou. Občas je možné pridať lístok špenátu alebo šalátu, no to je len malé spestrenie. Takmer neexistujúca chuť vysušeného jedla je silnou motiváciou pre vlastné pestovanie.
Simulácia marťanských podmienok na Zemi
Na vykonanie štúdií zamierili vedci do špeciálnych zariadení, kde simulujú podmienky čo najbližšie k tým na Marse. 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.
Simulované misie na MDRS
Slovenská astrobiologička Michaela Musilová, ktorá už v roku 2014 ako prvá Slovenka bola v posádke na simulovanom Marse, pôsobila ako dôstojníčka skleníka. Mala na starosti pestovanie byliniek a zeleniny pre posádku. Trojtýždenná misia sa uskutočnila na Marťanskej púštnej výskumnej stanici (MDRS) v americkom Utahu, ktorá je postavená vo vysokých nadmorských výškach studenej červenej americkej púšte. Toto miesto je údajne jedno z najpodobnejších Marsu na Zemi, pokiaľ ide o prírodné podmienky, geologické útvary či extrémne organizmy. Stanica MDRS sa skladá z dvojposchodovej ubytovne, biochemických laboratórií, observatória a skleníka, ktorý slúži na pestovanie bylín a zeleniny ako ďalšieho zdroja jedla.
V simulovaných marťanských podmienkach sa testoval aj experiment s pestovaním špenátu pod lampou a na špeciálnych poličkách, kde vedci zaznamenali jeho rýchlejší rast. Časť špenátu zostala na simulovanom "Marse", kde sa o neho v simulovanej marťanskej pôde starajú ďalšie posádky misií.
Laboratórne a púštne experimenty
Vedci z Floridskej univerzity, Robert Ferl, Anna-Lisa Paul a Stephen M. Elardo, po prvýkrát pestovali rastliny na mesačnej pôde, ktorú poskytla NASA. "Po dvoch dňoch začali pučať," uviedla Anna-Lisa Paul, no po týždni začali rastliny v regolite chátrať a pociťovať stres. Predpokladá sa, že prostredie by sa dalo upraviť pridaním zmesi živín alebo úpravou umelého osvetlenia.
Na simuláciu podmienok na povrchu Mesiaca a Marsu bol použitý špeciálny simulátor JSC 1A Moon vyvinutý NASA. V rámci týchto experimentov boli vypestované rôzne plodiny ako žerucha, rozeta siata (príbuzná rukoly), paradajka, reďkovka, raž, pór či obľúbená quinoa.
NASA sa v spolupráci s Medzinárodným centrom výskumu zemiakov (CIP) v peruánskej Lime pustila do experimentovania s pestovaním sto vybraných odrôd zemiakov v podmienkach pripomínajúcich prostredie na Červenej planéte. Pre tento účel vybrali oblasť La Joya Pampas v južnom Peru, ktorá je jedným z najsuchších miest na Zemi a je podobná povrchu Marsu. Zvyšných 60 odrôd zemiakov predstavuje geneticky vylepšené odrody, ktoré zvládajú rast v prostredí s nedostatkom vody a v zasolených pôdach a sú odolné voči nákazám.
Výber plodín pre Mars
Astrobiológovia majú veľa predstáv o tom, čo presne by sa malo na Červenej planéte pestovať. Už sa dosiahlo niekoľko veľmi zaujímavých a povzbudzujúcich výsledkov.
Výživné a odolné druhy
Holandskí vedci si nie náhodou vybrali hrášok, mrkvu a paradajky. Tieto rastliny sú výživné a obsahujú zvýšené množstvo antioxidantov, vitamínu C a betakaroténu, čo je dôležité, keďže tieto živiny a užitočné látky sa úplne strácajú pri dehydratácii, ktorej podliehajú všetky potraviny posielané do vesmíru.
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. Tieto rastliny sú tiež sprievodnými rastlinami, čo znamená, že tým, že sú blízko seba, dopĺňajú sa a posilňujú. Hrach sa tradične považuje za základ systému rozstupu riadkov, pretože ako strukovina je schopný zadržiavať dusík, ktorý sa premieňa na amoniak. Paradajkám sa pestovanie v systéme najviac páčilo a boli výrazne väčšie ako tie, ktoré sa pestovali samostatne. Mrkve a hrášku sa však zjavne nepáčilo byť v úzkej skupine a v regolite, ich úroda sa o niečo znížila. Napriek tomu holandských biológov to neodrádza, pretože to hovorí o potenciáli tejto metódy v budúcnosti. Systém rozstupu riadkov, aktívne používaný 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“.
Odolnosť v extrémnych podmienkach
Pre pestovanie v extrémnych podmienkach sú potrebné špeciálne technológie a mimoriadne odolné druhy plodín. Šľachtitelia hľadajú nové cesty k trpasličím plodinám, napríklad skúmajú geneticky upravené slivky, ktoré svojím rastom pripomínajú drobné popínavé kríky, kvitnú nepretržite a produkujú malé ovocie.
Výnimočné vlastnosti pre vesmírne poľnohospodárstvo ponúka drobná vodná rastlina z rodu Wolffia so slovenským názvom drobnička. Tento špecifický ázijský druh rastliny nemá žiadne korene, tvorí len malú zelenú guľôčku na hladine vody. Je vysoko odolná voči gravitačnému preťaženiu, rýchlo rastie, nepretržite produkuje množstvo kyslíka a je jedlá.
Prečo pestujeme rastliny vo vesmíre? Spýtali sme sa experta z NASA
Výzvy a riešenia pre marťanskú pôdu (regolit)
Regolit, vrstva prachu a voľných hornín na Mesiaci a Marse, sa síce podobá pôde, no je sterilný. Na rozdiel od našej pozemskej pôdy, ktorá vzniká dlhodobým pôsobením mikróbov, koreňov, vody a rozkladajúcej sa organickej hmoty recyklujúcej živiny, mimozemský regolit neobsahuje bežné živiny ani mikroorganizmy. Navyše je fyzicky neprívetivý - častice sú ostré a abrazívne, vznikali nárazmi a vulkanickou aktivitou. Dýchanie mesačného prachu môže aj poškodiť pľúca.
Obohacovanie pôdy a boj proti toxínom
V skutočnej marťanskej pôde bude potrebné pridať rôzne živiny a separovať toxické chemikálie. Štúdia publikovaná v ACS Earth and Space Chemistry 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.“ Materiál uvoľnil merateľné množstvá živín vrátane síry, vápnika a horčíka.
Ďalším problémom umelej marťanskej pôdy je vysoké pH, ktoré bolo okolo 9,5 (oproti prírodným pôdam s pH okolo 7). Pôvodný recept na umelé nečistoty neobsahoval chloristan vápenatý, toxickú soľ, ktorá podľa nedávnych pozorovaní tvorí asi dve percentá marťanského povrchu. Keď sa táto zložka pridala k umelým marťanským pôdam v podobných koncentráciách, šalát ani Arabidopsis thaliana nevyklíčili. Chloristan je hlavným problémom marťanského poľnohospodárstva, ale nemusí byť žiadnou stopkou. Na Zemi existujú baktérie, ktoré si na perchlorátoch pochutnávajú a vylučujú kyslík. Vedci horninu upravujú pridaním baktérií, ktoré chemickou reakciou z niektorých prvkov vytvoria kyslík.
Technologické inovácie a infraštruktúra
Pestovanie rastlín vo vesmíre si vyžaduje špeciálne technológie, pretože voda a vzduch sa v stave beztiaže prirodzene nemiešajú, a polievanie tam preto vôbec nefunguje.
Vesmírne skleníky a hydroponika
Inžinieri z NASA vytvorili prelomový systém Veggie, v ktorom astronauti pestujú rastliny v malých vankúšikoch obsahujúcich špeciálnu hlinu a hnojivo. Osvetlenie zabezpečujú modré a červené LED diódy. Túto inovatívnu technológiu úspešne previedli do praxe vedci v americkom Kennedyho vesmírnom stredisku a dnes ju bežne využívajú aj vertikálne farmy na Zemi, šetriac vodu a nepotrebujúc priame slnečné svetlo. Posádka na obežnej dráhe v týchto zariadeniach úspešne dopestovala rôzne druhy čerstvých plodín, napríklad rímsky šalát, reďkovky či čili papričky.
Americký astronaut Scott Kelly 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 a NASA si ich vybrala aj preto, že sú jedlé. Pokiaľ mali priesady cínií dostatok vody a živín, rástli aj v prostredí s umelým slnečným žiarením. Vedci zistili, že rastlinám sa v nízkom tlaku darí dobre. Produkujú menej etylénu a počas noci spotrebujú menej uhľovodíkov, vďaka čomu ich hlávky narastú do väčších rozmerov. Je tiež vhodné vyvinúť systém, ktorý by bol schopný cez deň zachytiť slnečné svetlo a využiť ho počas dlhých nocí.
Pre zemiaky, ktoré sú energeticky najvýhodnejšie a produkujú škrob, je vyvíjaná technológia aeroponiky - pestovanie zemiakov bez pôdy, sprejovaním koreňov živinami a odvádzaním toxínov.
3D tlač obydlí a podzemné farmy
NASA plánuje postupnými krokmi dospieť k stavbe obydlí na Marse, pričom ďalšou výzvou je ich vytlačenie na 3D tlačiarni z materiálov dostupných na Marse alebo dovezených zo Zeme. Napríklad Noah Hornberger navrhol obydlie inšpirované medovými plástami, The Queen B, ktoré má v stenách zakomponovanú ochranu proti kozmickému žiareniu a vodovodné potrubie na ohrievanie. Návrh Walcrowa, obydlie v tvare pyramídy, zahŕňa aj systém pre pestovanie rastlín (jedla). Tretie miesto v súťaži obsadila Akropola od Chrisa Starra, ktorá vo vnútri obsahuje tri skleníky.
Problémom pre rastliny na Marse je okrem iného aj škodlivé žiarenie gama, ktoré neustále bombarduje povrch planéty. Skleníky by ho nedokázali zablokovať. Vedci preto navrhujú výstavbu podzemných fariem, pretože marťanský regolit by zablokoval väčšinu škodlivej radiácie. V Holandsku sa už experimentuje s podzemným bunkerom z obdobia studenej vojny, ktorý slúži ako maketa marťanskej základne, aby sa zistilo, či rastliny pod zemou budú skutočne chránené pred radiáciou.
Budúcnosť vesmírneho poľnohospodárstva a slovenský príspevok
Pestovanie rastlín mimo Zeme prekonalo za posledné desaťročia ohromný kus cesty a už nejde len o odvážnu teóriu zo sci-fi filmov. Botanika zohráva kľúčovú úlohu pri dobývaní hlbokého vesmíru a zelené organizmy ľuďom jedného dňa reálne umožnia kolonizovať cudzie svety. Vesmírny výskum navyše prináša inovácie aj pre pozemské poľnohospodárstvo.
Prečo pestujeme rastliny vo vesmíre? Spýtali sme sa experta z NASA
Slovenská účasť na výskume Marsu
Na simulovaných misiách k Marsu sa testovali aj rôzne produkty na povzbudenie imunity, napríklad kolostrum a beta glukán, vyvíjané na Slovensku. Kolostrum je mlieko cicavcov, ktoré je dôležité pre prežitie novorodenca vďaka vysokej koncentrácii imunitných faktorov. Beta glukán je prírodný komplexný polysacharid podporujúci obranné reakcie organizmu a posilňujúci imunitu.
Medzi slovenské projekty patril aj výskumný projekt výhercov súťaže Misia Mars, ktorú zorganizovala Slovenská Organizácia pre Vesmírne Aktivity (SOSA). Žiačky z Gymnázia Detva navrhli pokus zameraný na pestovanie špenátu za marťanských podmienok, ktorý posádka Michaela Musilovej realizovala na MDRS. Tento projekt potvrdil, že pestovanie špenátu pod LED svetlom dokáže spestriť stravu účastníkov vesmírnych misií. Gymnazistky sa snažili maximálne využiť fotosyntézu v ťažkých podmienkach a navrhli sebestačný ekosystém, ktorý prežil aj na Marse. „Ekosystém s rozmanitou flórou by bol neuskutočniteľný, ale ekosystém s jedným alebo niekoľkými málo druhmi rastlín je podľa nás reálny,“ dodali študentky.
Možnosti vzdelávania pre kozmický výskum a priemysel by sa mali v budúcnosti rozvíjať aj na Slovensku. SOSA plánuje zriadiť niekoľko kozmických inkubátorov, teda študentských laboratórií, na podporu rozvoja vesmírneho výskumu.
Výzvy a dlhodobá vízia
Hoci sa dosiahli zaujímavé výsledky, vedecká štúdia s problematikou pôdy na Marse ešte stále nie je uzavretá. Vedci stále hľadajú najvhodnejšie zmesi materiálov, ktoré je možné nájsť alebo vyrobiť na Marse. Prakticky sme na začiatku a na základe posledných štúdií vieme povedať, že potrvá dlhšie, kým nájdeme ideálnu zmes pre umelú marťanskú pôdu, v ktorej by sme skúšali pestovať rôzne rastliny.
Všetky objavy postupne skladajú veľkú mozaiku budúcnosti. Problém pestovania vlastného jedla sa musí vyriešiť ešte predtým, ako na Mars pošlú agentúry prvých astronautov. Astronauti na Červenej planéte sa budú musieť naučiť, ako si pestovať vlastné jedlo, vyrábať vodu alebo vzduch, ak chcú na planéte prežiť. Je to obrovská výzva, ale pokrok v oblasti vesmírneho poľnohospodárstva naznačuje, že je to dosiahnuteľný cieľ.
tags: #pestovanie #jedla #na #marsy