کشاورزی بر روی مریخ: آینده‌ی بیولوژی سنتتیک در خارج زمین
کشاورزی بر روی مریخ با تصور کشت سریع توسط Matt Damon، نامزد جایزه اسکار برای فیلم “مریخ” در نقش مارک واتنی فضانورد، وارد اذهان شد. در این فیلم کم و بیش علمی، واتنی به مدت 560 روز از طریق رشد دادن سیب‌زمینی‌های سرخ شده در خلاء در ترکیب با خاک مریخ و کود انسانی زنده ماند. در حالی که این راه‌حل در تئوری مانند یک دستگاه رسم عمل می‌کند، برای سکونت طولانی مدت انسان تقریباً عملی است.
محققان در حال جدال با چالش بزرگ غذا در مریخ هستند. جای تعجب نیست که همه راه‌حل‌های بالقوه، بسیار پیچیده‌تر از مزرعه سیب‌زمینی یک نفره‌ی واتنی هستند. Briardo Llorente، دانشمندی است که با دانشگاه Macquarie و مرکز تحقیقات علمی و صنعتی سیدنی و (Commonwealth (CSIRO کار می‌کند و در کنفرانس سالانه SynBioBeta در مورد پیچیدگی‌های کشاورزی در مریخ صحبت کرد.
چالش‌های کشت محصول بر روی مریخ
مشهودترین مانع برای کشت محصولات زمین در مریخ، خود مریخ است. محصولات ما برای جاذبه، فشار جو و اشعه ماوراء بنفش زمین تکامل یافته‌اند. گیاهان زمینی نیاز به هیدراته شدن مناسب، خاک غنی از باکتری، نور آفتاب منظم، و به‌طور کلی دمای مطلوب دارند.
در عین حال، مریخ یک بیابان سرد، خشک و بی روح است که تنها حدود نیمی از نور خورشید ما را دریافت می‌کند. هم‌چنین روزانه توسط سطوح بالایی از اشعه ماوراء بنفش بمباران می‌شود، هرچند میزان این تابش هنوز مشخص نیست.
با توجه به این عوامل مخرب، در نگاه اول ممکن است به نظر برسد که فرستادن غذا از زمین ساده‌تر باشد. اما هزینه‌های حمل و نقل بین سیاره‌ای به تنهایی به‌طرز شگفت‌انگیزی بالاست. هزینه ارسال تنها یک قوطی زغال 10،000 دلار است. حتی اگر هزینه‌ها به‌طرز چشمگیری کاهش پیدا کند، هر گونه مسئله مربوط به عرضه دوباره غذا و یا تأخیر در ارسال آن می‌تواند مهاجران مریخ را بر خلاف تخیل مارک واتنی در گرسنگی رها کرده و به دردسر بیاندازد.
خوشبختانه مریخ به‌طور کامل عاری از منابع نیست. آب به شکل کلاهک‌های یخی قطبی ذخیره و اخیراً حداقل یک مخزن زیرزمینی نمکی در آن کشف شده است. مطالعات هم‌چنین نشان می‌دهد که گیاهان قادر به رشد در پوسته نازک بالایی خاک مریخ هستند. اما، چون این مریخ است و هیچ چیز در آن آسان نیست، هر گونه کشت محصولی در آینده نیاز به مقدار بسیار بیشتری آب و خاک خواهد داشت.
محصولات زراعی نیاز به هوای تنفسی، حفاظت در برابر تابش و دما و فشار ثابت برای زنده ماندن دارند. البته انسان‌ها نیز به همه این شرایط نیازمندند. ایجاد شرایط مشابه زمین برای گیاهان و انسان‌ها، منابع آب و انرژی را محدود خواهد کرد. اگر ما برای منابع غذایی خود رقابت کنیم، زیست‌گاه ضعیفی خواهیم داشت.
استفاده از زیست‌شناسی مصنوعی برای ایجاد محصولات سازگار با مریخ
از این رو، Llorente استدلال کرد که چرا از بیولوژی سنتتیک برای ایجاد محصولات بهتر و سازگارتر با شرایط مریخ استفاده نکنیم؟ گیاهان می‌توانند مهندسی شوند تا از آب کمتری استفاده کنند، محصولات بیشتری تولید کرده و تحمل بالاتری نسبت به سرما داشته باشند. معماری بسیاری از گیاهان می‌تواند تغییر کند. زیست‌شناسی مصنوعی برای تقویت عملکرد گیاه استفاده می‌شود. ویژگی‌های مختلفی که می‌توانند به‌طور همزمان برای بهره‌مندی کامل از گیاهان روی مریخ (و زمین) طراحی شوند.
بر اساس گفته‌های Llorente، بهترین راه برای آزمایش این ایده‌ها، یک کارخانه زیستی است که شرایط مریخ را شبیه‌سازی کند. خوشبختانه، یک چیز که ما نمی‌توانیم روی زمین تقلید کنیم و آن گرانش پایین‌تر مریخ است، به نظر نمی‌رسد برای گیاهان مسئله‌ای باشد. تحقیقات نشان می‌دهند که گیاهان با کمی گرانش و یا حتی بدون آن هم سازگار هستند.
یکی از ایده‌های نوآورانه‌ای که Llorente در سال 2018 با SynBioBeta به اشتراک گذاشت، مهندسی مجدد بود که گیاهان انرژی را برداشت کنند. گیاهان زمین تنها برای استفاده از نور مرئی سازگار شده‌اند. این مسئله با توجه به شدت کم نور خورشید در مریخ، معضل است. اما با استفاده از زیست‌شناسی مصنوعی، می‌توان گیاهان را برای برداشت فوتون‌های UV برای فتوسنتز تغییر داد.
این یک مزیت بزرگ در سطوح مختلف خواهد بود. فتوسنتز بهبودیافته معمولاً باعث افزایش تولید محصول می‌شود. مهم‌تر از همه، گیاهان نیاز به نور مصنوعی کمتری دارند، و به مهاجران انسانی امکان استفاده از انرژی بیشتری را می‌دهند.
محصولات Llorente و تجسم همکارانش زمین‌های سیب‌زمینی به روش مارک واتنی نیستند. آن‌ها هیچ گونه تولید مرسوم دیگری از زمین را نیز ندارند. موج‌دار بودن مزرعه‌های گندم در مریخ در حال حاضر امکان‌پذیر نیست. مسیر معقول‌تر و امکان‌پذیرتر برای ماندگاری در مریخ، استفاده از میکروب‌های سرسخت و خوب است.
محصولات میکروبی: آینده زندگی در خارج از زمین و بر روی زمین
کاندیدهای ایده‌آل میکروارگانیسمی مخمر و جلبک هستند. هر دو می‌توانند به راحتی شرایط سخت را بر روی زمین تحمل کنند و نسبتاً مهندسی آسانی دارند. آن‌ها مغذی هستند، به سرعت تولید می‌شوند و فضای بسیار کمتری از محصولات مرسوم را اشغال می‌کنند.
میکروارگانیسم‌های مهندسی‌شده برای تسهیل زندگی گیاهان در مریخ. این میکروب‌ها، هیدروژن جو و دی‌اکسیدکربن را برداشت می‌کنند و برای خاک مریخ به جهت رشد گیاه از طریق کاهش نمک‌های پرکلرات (MgClO4 و CaClO4) و افزایش رطوبت خاک، مورد استفاده قرار می‌دهند.
مزارع میکروارگانیسمی در مقیاس بزرگ، روی زمین یا مریخ، هنوز در حال مطالعه و توسعه هستند. محصولات حاوی پودرهای پروتئین جلبک در حال حاضر در فروشگاه‌های مواد غذایی موجود است. ممکن است طولی نکشد که ما برگرهای جلبک دریایی و دیگر جایگزین‌های گوشتی مبتنی بر جلبک را مشاهده کنیم. اما تهدیدات تغییرات آب و هوایی در زمین و آرزوهای بزرگ انسان ممکن است زندگی در مریخ را روزی به واقعیت تبدیل کند.
