NASA, u suradnji s drugim vodećim svemirskim agencijama, ima za cilj poslati svoje prve ljudske misije na Mars početkom 2030-ih, dok bi tvrtke poput SpaceX-a to mogle učiniti i ranije. Astronautima na Marsu trebat će kisik, voda, hrana i drugi potrošni materijal. Oni će se morati nabaviti s Marsa, jer bi ih uvoz istih sa Zemlje dugoročno bio vrlo nepraktičan.
U studiji objavljenoj u znanstvenom časopisu Frontiers in Microbiology, znanstvenici po prvi put pokazuju da se Anabaena cijanobakterija može uzgajati samo s lokalnim plinovima, vodom i drugim hranjivim tvarima i pod niskim tlakom. To znatno olakšava razvoj održivih bioloških sustava za održavanje života na Crvenom planetu.
Ovdje pokazujemo da cijanobakterije mogu koristiti plinove dostupne u atmosferi Marsa, pri niskom ukupnom tlaku, kao izvor ugljika i dušika. U tim uvjetima, cijanobakterije su zadržale svoju sposobnost rasta u vodi koja sadrži samo prašinu nalik onoj na Marsu i koja se još uvijek može koristiti za hranjenje drugih mikroba. To bi moglo pomoći da dugoročne misije na Mars postanu održive, ističe glavni autor studije dr. Cyprien Verseux, astrobiolog koji vodi Laboratorij za primijenjenu svemirsku mikrobiologiju u Centru za primijenjenu svemirsku tehnologiju i mikrogravitaciju (ZARM) na njemačkom Sveučilištu u Bremenu.
"Ekspres lonac"
Cijanobakterije su dugo bile ciljane kao kandidati za biološku podršku životu u svemirskim misijama, budući da sve vrste proizvode kisik fotosintezom dok neke mogu fiksirati atmosferski dušik u hranjive tvari.
Poteškoća je što ne mogu rasti izravno u atmosferi Marsa, gdje je ukupni tlak manji od jedan posto Zemljinog, odnosno prenizak za prisutnost tekuće vode, dok je parcijalni tlak plinovitog dušika prenizak za njihov metabolizam.
No ponovno stvaranje atmosfere nalik Zemlji bilo bi skupo: plinove bi trebalo uvoziti, dok bi sustav kulture trebao biti robustan, dakle težak teret, kako bi se othrvao razlikama tlaka.
Zamislite ekspres lonac, pojasnio je kratko i jasno Verseux. Stoga su znanstvenici tražili sredinu: atmosferu blisku Marsovoj koja omogućuje dobar testni poligon za cijanobakterije.
Kako bi pronašli prikladne atmosferske uvjete, navedeni tim znanstvenika razvio je bioreaktor pod nazivom Atmos (skraćeno od Atmosphere Tester for Mars-bound Organic Systems), u kojem se cijanobakterije mogu uzgajati u umjetnoj atmosferi pri niskom tlaku.
Osim dušika i ugljičnog dioksida, plinova obilnih u atmosferi Marsa i vode koja se može dobiti iz leda, hranjive tvari bi trebale dolaziti iz "regolita", prašine koja prekriva planete i mjesece slične Zemlji. Pokazalo se da je marsovski regolit bogat hranjivim tvarima kao što su fosfor, sumpor i kalcij.
Svestrane bakterije
Atmos ima devet jednolitrenih posuda od stakla i čelika, od kojih je svaka sterilna, grijana, kontrolirana tlakom i digitalno nadzirana, dok se kulture u njima neprestano miješaju. Autori su odabrali soj cijanobakterija koje fiksiraju dušik pod nazivom Anabaena sp. PCC 7938, jer su preliminarni testovi pokazali da bi bio posebno dobar u korištenju marsovskih resursa i pomaganju u rastu drugih organizama. Pokazalo se da su blisko srodne vrste jestive, prikladne za genetski inženjering i sposobne formirati specijalizirane uspavane stanice kako bi preživjele teške uvjete.
Verseux i njegovi kolege prvi su uzgajali Anabaenu 10 dana pod mješavinom 96 posto dušika i 4 posto ugljičnog dioksida pri tlaku od 100 hPa, odnosno deset puta nižem nego na Zemlji. Cijanobakterije su rasle jednako dobro kao i pod okolnim zrakom. Zatim su testirali kombinaciju modificirane atmosfere s regolitom. Budući da s Marsa nikada nije donesen regolit, umjesto toga su koristili nadomjestak koji je razvilo Sveučilište Centralne Floride (nazvan Mars Global Simulant, ili skraćeno MGS) za stvaranje medija za rast. Za kontrolu, Anabaena je uzgajana i u standardnom mediju, bilo na okolnom zraku ili u istoj niskotlačnoj umjetnoj atmosferi.
Cijanobakterije su dobro rasle u svim uvjetima, uključujući i regolit pod smjesom bogatom dušikom i ugljičnim dioksidom pri niskom tlaku. Kao što se i očekivalo, rasle su brže na standardnom mediju optimiziranom za cijanobakterije nego na MGS-u, u bilo kojoj atmosferi. No, to još uvijek predstavlja velik uspjeh, jer dok bi standardni medij trebao biti uvezen sa Zemlje, regolit je sveprisutan na Marsu.
Želimo koristiti isključivo hranjive tvari dostupne na Marsu, naglašava Verseux.
Osušena biomasa Anabaene prvo je mljevena pa onda suspendirana u sterilnoj vodi, filtrirana i uspješno korištena kao nadomjestak za uzgoj bakterija E. coli, dokazujući da se iz njih mogu izvući šećeri, aminokiseline i druge hranjive tvari za ishranu drugih bakterija koje su manje izdržljive, ali koje predstavljaju isprobane alate u biotehnologiji. Primjerice, E. coli bi se moglo lakše izraditi od Anabaene za proizvodnju nekih prehrambenih proizvoda i lijekova na Marsu, koje Anabaena sama ne može proizvesti.
Znanstvenici na kraju zaključuju da se cijanobakterije koje fiksiraju dušik i proizvode kisik mogu učinkovito uzgajati na Marsu pri niskom tlaku u kontroliranim uvjetima, s isključivo lokalnim sastojcima.
Koncept vrlo uspješan, no sustav koji bi se koristio na Marsu tek treba usavršiti
Navedeni rezultati predstavljaju važan napredak, no autori studije upozoravaju da su potrebne i daljnje studije.
Želimo prijeći od ovog dokaza o konceptu do sustava koji se može učinkovito koristiti na Marsu, kaže Verseux.
NJegov tim predlaže fino podešavanje kombinacije tlaka, ugljičnog dioksida i dušika, optimalne za rast, dok testiraju druge rodove cijanobakterija, možda genetski prilagođenih za svemirske misije. Također je potrebno osmisliti sustav uzgoja za Mars.
Naš bioreaktor, Atmos, nije sustav uzgoja koji bismo koristili na Marsu... ali naši rezultati pomoći će u vođenju dizajna marsovskog sustava uzgoja, zaključuje Verseux.
Izvor: EurekAlert
