Der Schlüssel zur Kolonisierung Mars könnte diese winzigen grünen Mikroben

Vor langer Zeit ein Clan von hardy Mikroben genannt Cyanobakterien Terraform leblose Erde in einen lebendigen Biosphäre geholfen. Heute könnte die selben Viecher der Schlüssel zum Mars zu besiedeln.

Pflanzen werden eine harte Zeit auf dem roten Planeten feindlich Oberfläche haben, aber Cyanobakterien haben seit Äonen mit extremen Umgebungen zurecht. Eine Papier, das unter der Leitung von Astrobiologe Lynn Rothschild des NASA Ames Research Institute argumentiert, dass wir diese winzigen Photosynthese-Maschinen zu produzieren viele Ressourcen, die wir zum Überleben brauchen werde, von Nahrung und Sauerstoff zu Metallen und Medizin nutzen können. Hier sind alle Möglichkeiten, die Cyanobakterien, die uns eine Martian Kolonie bauen helfen können.

Extrahieren von Elementen

In der Science Fiction finden wir Menschen Ernte Weizenfelder unter Terraformed Martian Himmel und Reihen von Kartoffeln in klimatisierten Habs wächst. Aber in Wirklichkeit Pflanzen auf dem Mars wird eine Herausforderung sein, denn der Marsboden einige wichtigen Zutaten fehlen.

Dies ist Mars. Bild-Gutschrift: Wikimedia

Zuallererst gibt es nicht viel Stickstoff. Pflanzen benötigen viel von dem Zeug, und sie brauchen es in einer von zwei chemischen Formen: Ammoniak, NH3 oder Nitrat NO3. Die meisten des Stickstoffs auf dem Mars ist als N2 Gas in der Atmosphäre eingesperrt, aber soweit wir sagen können, den Boden ist ziemlich Stickstoff armen. (Der Curiosity Rover bekam seinen ersten Hauch von biologisch nützliche Stickstoff auf dem Mars diese vergangenen März).

Dies geschieht auch, um die Situation auf der Erde sein, aber wir haben eine Lösung: Mikroben. Cyanobakterien sind eine heterogene Gruppe von Stickstoff-Fixierer, Bugs, die Bereitstellung von speziellen Enzymen zu ziehen N2 aus der Luft und wandeln es in Ammoniak. Auf der Erde, Stickstoff-Fixierer Leben symbiotisch innerhalb von Pflanzenwurzeln, füttern ihren Wirten Nährstoffe im Austausch für Zucker. und Kollegen argumentieren, dass wir ebenso nutzen könnten Cyanobakterien zum Extrahieren des Düngers müssen wir von der Mars-Atmosphäre.

Neben Stickstoff, ist eine kurze Liste der anderen Nährstoffe Pflanzen und Menschen benötigen, um gesund zu bleiben, Phosphor, Magnesium, Kalium, Kalzium, Zink, Eisen und So weiter. Die meisten dieser Elemente finden Sie in den Basaltfelsen, die Oberfläche des Mars zu decken, und Cyanobakterien helfen uns, sie zu extrahieren. Bestimmte Arten absondern Enzyme, die Mineralien, befreiend die Nährstoffe in buchstäblich zu verdauen. In der Tat war dieser metabolische Funktion, die wahrscheinlich dazu beigetragen, alten Cyanobakterien die karge Oberfläche der Erde zu besiedeln.

Cyanobakterien sind Nährstoff Bergleute bewiesen, aber es ist möglich, wir schieben können sie weiter als Evolution bereits. Mit ein wenig genetische basteln können wir Ingenieur Cyanobakterien Möglichkeit allerlei nützliche Metalle aus Gestein zu extrahieren können. Wir nutzen bereits Mikroben in Kupfer und gold Bergbau auf der Erde, und die Asteroid Mining Company Deep Space Industries ist damit beschäftigt, technische Fehler, die durch Raum Felsen chow können und kacken aus Platin.

Die große Martian Gold Rush nicht led Pioniere mit Spitzhacken, sondern von Wissenschaftlern mit gentechnisch veränderten Bakterien.

Unsere Bäuche füllen

Wenn Mars Siedler alle ihre Nahrung von der Erde zu bringen haben, werde es eine enorme Menge an Gewicht, Raketentreibstoff und Geld für die Kosten der Reise hinzufügen. Für eine Martian Kolonie nachhaltig sein gehen wir Essen benötigen, die auf dem Mars angebaut wurde. Aber es wird nicht unbedingt Pflanzen.

MMM, Bakterien. Bild-Gutschrift: Shutterstock

Sicher, Raum Salat ist der letzte Schrei auf der ISS in diesem Jahr, aber auf dem Mars, es macht viel mehr Sinn für Kolonisten, grüne Mikroben zu essen. Mars erhält nur etwa 44 % des Sonnenlichts, die Erde der Fall ist, müssen wir unser Getreide so energieeffizient wie möglich sein. Studie um Studie gezeigt hat, dass Cyanobakterien besser Sonnenkollektoren als Pflanzen, einen größeren Anteil der ankommenden Photonen in Kalorien umzuwandeln sind. Darüber hinaus können wir durch Kultivierung von Bakterien in ökologisch kontrollierten Bioreaktoren, ihr Wachstum zu einem gewissen Grad einfach nicht möglich mit Blattgemüse optimieren.

Wenn Essen Mikroben zum Mittagessen etwas seltsam klingt, denken Sie daran, dass Cyanobakterien bereits eine beliebte Nahrungsergänzung auf der Erde sind. Schon einmal von Spirulina? Die blau-grünen Pulver, das ist der letzte Schrei an Naturkostläden und Hipster-Saft-Bars ist ein Cyanobakterien der Gattung Arthrospira. Arthrospira hat einen hohen Eiweißgehalt und ist eine fast komplette Nahrungsquelle, fehlt es nur an Vitamin C und bestimmte ätherische Öle. Wieder, mit ein wenig genetische Veränderung, wir können möglicherweise ArthrospiraNährstoffprofil perfekt – und seinen Geschmack. Kürbis Gewürz Spirulina Bars könnte genau das, was unsere tapferen Martian Kolonisten zu Hause fühlen brauchen.

Was uns Luft zum Atmen

Die dünne Marsatmosphäre ist praktisch frei von Sauerstoff: 0.13 % O2, verglichen mit 21 % auf der Erde. Offensichtlich ist dies weniger als ideal.

Des Künstlers Rendern eines Unterstützungssystems Cyanobakterien-basierten biologischen Lebens auf dem Mars. Image Credit: Verseux Et Al. 2015

Photosynthese – diese erstaunliche biochemischen Weg, die Sonnenlicht in Zucker verwandelt – erzeugt auch O2 als Abfallprodukt. Und wisst ihr was? Durch die Erfassung und Umwandlung von Sonnenenergie effizienter als Pflanzen, landen Cyanobakterien auch mehr Sauerstoff Abfall produzieren. "Cyanobakterien sind sehr effiziente O2 Hersteller" Rothschild und ihre Kollegen schreiben. "Während Bäume ca. 2,5–11 Tonnen pro Hektar und Jahr O2 loslassen, industriellen Anbau in offenen Teichen Arthrospira Arten im südöstlichen Kalifornien release etwa 16,8 Tonnen O2 pro Hektar und Jahr." Die Forscher beachten Sie, dass in einem Bioreaktorsystem optimiert für Temperatur, Nährstoff Durchflussraten, Zelldichten und Beleuchtung, O2-Produktion drastisch gesteigert werden konnte.

Rothschild und ihre Kollegen vorstellen dieses O2 zu sammeln und in unserer lebenserhaltenden Systemen, währenddessen die CO2-Wäsche wir kanalisieren, ausatmen und Verfütterung an den Bioreaktor. Auf dem Mars wird der Kreis des Lebens von Flow Ventilen angetrieben werden.

Unsere Rover Betankung

Auch wenn Sie persönlich nicht Bakterien Bars für Frühstück, Mittag- und Abendessen essen wollen, können Sie em zu Ihren Rover füttern. Denken Sie daran, diese handliche Stickstoff fixieren Enzyme Cyanboacteria mit Atmosphäre in Dünger verwandeln? Wenn es nicht genügend Stickstoff kicken, die Enzyme verwirrt und greifen stattdessen Wasserstoff H2 Umwandlung – bekannt als Raketentreibstoff. Es ist unklar, ob Cyanobakterien überredet werden konnte, in nützliche Mengen von dem Zeug, aber es ist sicherlich eine Frage, die reif für die Exploration.

Die Neugier Rover. Bild-Gutschrift: NASA

Rakete Kraftstoff beiseite, Cyanobakterien produzieren eine Vielzahl von Ölen, die gesammelt und zu Biokraftstoffen verfeinert werden kann. In der Tat sind Algen-basierte Biokraftstoffe so effizient, dass das Department of Energy rechnet damit, dass Algen jede Maschine ausgeführt werden können, die Diesel heute frisst. Auch wenn wir nicht Cyanobakterien direkt brennen wollen, können wir ihnen als Rohstoff für die Hefe, die eine andere beliebte Biokraftstoff-Ethanol. Eine oder andere Weise, scheint es wahrscheinlich, dass die ersten Expeditionen in Valles Marineres und Olympic Mons auf Bakterien ausgeführt werden.

Ach ja, und der beste Teil über die Verbrennung von Brennstoffen auf dem Mars? Es ist so verdammt kalt wir Treibhaus Gase überhauptSorgen machen musst. Bringen sie auf.

Alles andere!

Wenn wir es auf dem Mars langfristige machen wollen, gehen wir müssen nachdenken über grundlegende Lebenunterstützung. Schließlich benötigen menschliche Siedler alle Arten von synthetischen Materialien, Nahrungsergänzungsmittel und Arzneimittel. Mikroben könnte die Antwort sein? Ein kurzer Blick auf die Biotech-Industrie auf der Erde deutet darauf hin, dass sie auch sein mögen.

Wir packen schon E.coli voll von den Genen benötigt, um alles von kosmetischen Inhaltsstoffen gegen Antibiotika und Medikamente gegen Krebs zu erzeugen. Ebenso denken einige Forscher, dass wir Cyanobakterien verwenden können, um alle möglichen nützlichen Produkten auf dem Mars, einschließlich Drogen, Biokunststoffe und Baumaterialien zu generieren. "Die Fähigkeit von Cyanobakterien, organisches Material vom Mars Ressourcen, gekoppelt mit unserer zunehmenden Fähigkeiten in metabolic Engineering zu produzieren machen es möglich, viele andere Anwendungen reichen von der Durchführung von basic Life Support-Funktionen zur Generierung von Komfortprodukten," Rothschild und Kollegen schreiben. Es Forscher bestätigen, dass es noch viel Grundlagenforschung an dieser Front zu tun. Aber eins ist doch klar, ist, dass unsere blau-grünen mikrobiellen Freunde das Potenzial haben, viel, viel mehr als ein Smoothie Ergänzung sein.

Wir bringen noch Pflanzen!

Ich weiß, was Sie an dieser Stelle denken. Algen-Bars? Für den Rest meines Lebens? Waren nicht die Armen Saugnäpfe auf der Battlestar Galactica unglücklich?

Screenshot von der Space-Garten in dem Film Sunshine.

Ja, aber denken Sie daran, dass diese Menschen auch quer durch die Galaxis von blutrünstigen Zylonen gejagt wurden. Genauer gesagt: Wir werden Pflanzen hinter sich zu lassen bedeutet nicht immer den größten Teil unserer Ernährung und Leben Unterstützung von Cyanobakterien. Immer wieder Wissenschaft hat die psychologischen Vorteile der wachsenden Blattgemüse verkündet, und allein aus diesem Grund ist es wichtig, dass wir Pflanzen zum Mars zu bringen. Pflanzen machen vermutlich einen kleinen kalorischen Beitrag zum Leben auf dem Mars, aber wenn sie unsere tapferen Siedler aus gehen Batshit halten, sie sind es Wert.

Setzen die ersten Menschen auf dem Mars wird ein wichtiger Meilenstein, aber am Leben zu halten, könnte eines der größten technologischen Herausforderungen, die wir je erlebt haben. Während ihre Milliarden von Jahren auf der Erde haben sich Cyanobakterien professionelle Extraktoren, Terraformer, und vor allem Überlebenden bewährt. Vielleicht ist es Zeit wir ihnen eine Herausforderung würdig ihre Geschicklichkeit bieten.

Referenzen

Verseux, C., Baqué, M., Lehto, K., de Vera, J.P, Rothschild, l.j., Billi, D. (2015). Nachhaltiges Leben Unterstützung auf dem Mars – die potenzielle Rolle von Cyanobakterien. International Journal of Astrobiology, pp.1-28.

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