Voor het kweken van planten in Red Planet-bodem moeten voedingsstoffen worden toegevoegd en giftige chemicaliën worden verwijderd
Om zich voor te bereiden op een toekomst waarin astronauten hun eigen voedsel op Mars zouden kunnen verbouwen, proberen onderzoekers gewassen in het laboratorium te verbouwen met nep Marsvuil.
In de film De marsmannetje, overleeft astronaut Mark Watney (gespeeld door Matt Damon) dat hij op de Rode Planeet is gestrand door aardappelen te verbouwen in Marsgrond die is bemest met uitwerpselen.
Toekomstige Mars-astronauten zouden gewassen in aarde kunnen verbouwen om te voorkomen dat ze alleen afhankelijk zijn van bevoorradingsmissies, en om een grotere hoeveelheid en variëteit aan voedsel te verbouwen dan met alleen hydrocultuur (SN: 04/11/11). Maar nieuwe laboratoriumexperimenten suggereren dat het verbouwen van voedsel op de Rode Planeet veel gecompliceerder zal zijn dan simpelweg het planten van gewassen met poep (SN: 22/09/15).
Onderzoekers plantten sla en de wiet Arabidopsis thaliana in drie soorten nep Mars-vuil. Twee daarvan zijn gemaakt van materialen die zijn gewonnen in Hawaï of de Mojave-woestijn en die eruit zien als vuil op Mars. Om de samenstelling van het oppervlak van Mars nog beter na te bootsen, werd de derde vanaf nul gemaakt met vulkanisch gesteente, klei, zouten en andere chemische ingrediënten die NASA’s Curiosity-rover op de Rode Planeet heeft gezien (SN: 31/01/19). Terwijl zowel sla als A. thaliana overleefde in de Marslike natuurlijke bodems, geen van beiden kon groeien in het synthetische vuil, rapporteren onderzoekers in de komende 15 januari Icarus.
“Het is helemaal niet zo verwonderlijk als je krijgt [dirt] dat is steeds nauwkeuriger, dichter bij Mars, dat het steeds moeilijker wordt voor planten om erin te groeien, ”zegt planetair wetenschapper Kevin Cannon van de Colorado School of Mines in Golden, Colorado, die hielp bij het maken van het synthetische Mars-vuil, maar dat niet was niet betrokken bij de nieuwe studie.
De bodem op aarde zit vol met microben en ander organisch materiaal dat planten helpt groeien, maar Mars-vuil is in feite gemalen gesteente. Het nieuwe resultaat “vertelt je dat als je planten op Mars wilt kweken met aarde, je veel werk moet verzetten om dat materiaal om te zetten in iets waar planten in kunnen groeien”, zegt Cannon.
Biochemicus Andrew Palmer en collega’s van het Florida Institute of Technology in Melbourne plantten sla en A. thaliana zaden in imitatie Mars-vuil onder gecontroleerde verlichting en temperatuur binnenshuis, net zoals astronauten dat op Mars zouden doen. De planten werden gekweekt bij 22 ° Celsius en ongeveer 70 procent luchtvochtigheid.
Zaden van beide soorten ontkiemden en groeiden in vuil gewonnen uit Hawaï of de Mojave-woestijn, zolang de planten maar werden bemest met een cocktail van stikstof, kalium, calcium en andere voedingsstoffen. Geen van de zaden van beide soorten zou kunnen ontkiemen in het synthetische vuil, dus “zouden we planten opgroeien onder hydrocultuurachtige omstandigheden, en dan zouden we ze overbrengen” naar het kunstmatige vuil, zegt Palmer. Maar zelfs als ze kunstmest kregen, stierven die zaailingen binnen een week na het verplanten.
Het team van Palmer vermoedde dat het probleem met het synthetische Mars-vuil de hoge pH was, die ongeveer 9,5 was. De twee natuurlijke bodems hadden een pH-waarde van rond de 7. Toen de onderzoekers het synthetische vuil behandelden met zwavelzuur om de pH te verlagen tot 7,2, overleefden de getransplanteerde zaailingen een extra week, maar stierven uiteindelijk.
Het team liep ook tegen een ander probleem aan: het oorspronkelijke recept voor synthetisch vuil bevatte geen calciumperchloraat, een giftig zout waarvan recente waarnemingen suggereren dat het ongeveer 2 procent van het oppervlak van Mars uitmaakt. Toen het team van Palmer het toevoegde in concentraties die vergelijkbaar waren met die op Mars, noch sla noch A. thaliana groeide helemaal in het vuil.
“Het perchloraat is een groot probleem” voor de landbouw op Mars, zegt Edward Guinan, een astrobioloog aan de Villanova University in Pennsylvania die niet bij het werk betrokken was. Maar calciumperchloraat hoeft misschien geen showstopper te zijn. “Er zijn bacteriën op aarde die van perchloraten houden als voedsel”, zegt Guinan. Terwijl de microben het zout eten, geven ze zuurstof af. Als deze bacteriën van de aarde naar Mars zouden worden gebracht om perchloraten in Marsvuil te kauwen, stelt Guinan zich voor dat de organismen niet alleen een giftige component van het vuil kunnen verwijderen, maar misschien ook kunnen helpen bij het produceren van ademende zuurstof voor astronauten.
Wat meer is, de exacte behandeling die nodig is om Mars-vuil landbouwbaar te maken, kan variëren, afhankelijk van waar astronauten hun woonplaats maken. “Het hangt er waarschijnlijk van af waar je landt, wat de geologie en chemie van de bodem zal zijn”, zegt Guinan.
Om te onderzoeken hoe die variëteit toekomstige landbouwpraktijken kan beïnvloeden, hebben geochemicus Laura Fackrell van de Universiteit van Georgia in Athene en collega’s vijf nieuwe soorten nep Mars-vuil door elkaar gehaald. De recepten voor deze neppe Martiaanse materialen, ook gerapporteerd in de 15 januari Icarus, zijn gebaseerd op waarnemingen van het oppervlak van Mars van de Curiosity, Spirit en Opportunity rovers, evenals NASA’s Mars Global Surveyor ruimtevaartuig en Mars Reconnaissance Orbiter.
Elk nieuw kunstmatig Mars-vuil vertegenwoordigt een mix van materialen die kunnen worden gevonden of gemaakt op de Rode Planeet. De ene is ontworpen om de gemiddelde compositie op Mars weer te geven, vergelijkbaar met het synthetische materiaal dat door het team van Cannon is gemaakt. De andere vier soorten hebben een iets andere samenstelling, zoals vuil dat bijzonder rijk is aan carbonaten of sulfaten. Deze collectie “vergroot het palet van wat we beschikbaar hebben” als testbedden voor landbouwexperimenten, zegt Fackrell.
Ze gebruikt haar voorraad nu om voorbereidende plantengroei-experimenten uit te voeren. Tot nu toe is een peulvrucht genaamd mottenboon, die een vergelijkbare voedingswaarde heeft als een sojaboon, maar beter bestand is tegen droogte, het beste gegroeid. “Maar ze zijn niet per se supergezond”, zegt Fackrell. Toekomstige experimenten zouden kunnen onderzoeken welke voedingsstofcocktails planten helpen te overleven op de verschillende neppe Mars-terreinen. Maar zoveel is duidelijk, zegt Fackrell: “Het is niet zo eenvoudig als het eruit ziet De marsmannetje. “
