Život / Nauka i tehnologija

NASA, u saradnji s drugim vodećim svemirskim agencijama, ima za cilj poslati svoje prve ljudske misije na Mars početkom 2030-ih, dok bi kompanije 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 naučnom časopisu Frontiers in Microbiology, naučnici po prvi put pokazuju da se Anabaena cijanobakterija može uzgajati samo s lokalnim plinovima, vodom i drugim hranjivim tvarima i pod niskim pritiskom. To znatno olakšava razvoj održivih bioloških sistema za održavanje života na Crvenoj planeti.

- Ovdje pokazujemo da cijanobakterije mogu koristiti plinove dostupne u atmosferi Marsa, pri niskom ukupnom pritisku, kao izvor ugljika i dušika. U tim uslovima, 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 Laboratoriju 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  pritisak manji od jedan posto Zemljinog, odnosno prenizak za prisustvo tekuće vode, dok je parcijalni pritisak plinovitog dušika prenizak za njihov metabolizam.

No ponovno stvaranje atmosfere nalik Zemlji bilo bi skupo: plinove bi trebalo uvoziti, dok bi sistem kulture trebao biti robustan, dakle težak teret, kako bi se othrvao razlikama pritiska.

- Zamislite ekspres lonac - pojasnio je kratko i jasno Verseux. Stoga su naučnici tražili sredinu: atmosferu blisku Marsovoj koja omogućuje dobar testni poligon za cijanobakterije.

Svestrane bakterije

Atmos ima devet jednolitrenih posuda od stakla i čelika, od kojih je svaka sterilna, grijana, kontrolisana pritiskom 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 specijalizovane uspavane stanice kako bi preživjele teške uslove koje bi ih čekale na Marsu. 

Verseux i njegovi kolege prvi su uzgajali Anabaenu 10 dana pod mješavinom 96 posto dušika i 4 posto ugljičnog dioksida pri pritisku 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  umjetnoj atmosferi sa niskim pritiskom.

Cijanobakterije su dobro rasle u svim uslovima, uključujući i regolit pod smjesom bogatom dušikom i ugljičnim dioksidom pri niskom pritisku. 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 suspendovana u sterilnoj vodi, filtrirana i uspješno korištena kao dodatak 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. Recimo, E. coli bi se moglo lakše izraditi od Anabaene za proizvodnju nekih prehrambenih proizvoda i lijekova na Marsu, koje Anabaena sama ne može proizvoditi.

Znanstvenici na kraju zaključuju da se cijanobakterije koje fiksiraju dušik i proizvode kisik mogu učinkovito uzgajati na Marsu pri niskom pritisku u kontrolisanim uslovima, s isključivo lokalnim sastojcima.

Koncept vrlo uspješan, no sistem koji bi se koristio na Marsu tek treba usavršiti

Navedeni rezultati predstavljaju važan i veliki napredak, slobodno se može reći i iskorak, no autori studije upozoravaju da su potrebne i daljnje studije.

- Želimo preći od ovog dokaza o konceptu do sustava koji se može učinkovito koristiti na Marsu -  kaže Verseux.

Njegov tim predlaže fino podešavanje kombinacije pritisak, ugljičnog dioksida i dušika, optimalne za rast, dok testiraju druge rodove cijanobakterija, možda genetski prilagođenih za svemirske misije. Također je potrebno osmisliti sistem uzgoja za Mars, upravo zbog više puta pomenutih uslova.

- Naš bioreaktor, Atmos, nije sistem uzgoja koji bismo koristili na Marsu... ali naši rezultati pomoći će u vođenju dizajna marsovskog sistema uzgoja - zaključuje Verseux, prenosi EurekAlert.