نگاهی به دشواری‌های پرورش غذا در مریخ

مقدمات لازم برای فرستادن انسان‌ها به سیاره‌ی مریخ در ۱۰ سال آینده در حال انجام است. اما اگر انسان‌ها به‌طور دائمی به کره‌ی سرخ مهاجرت کنند، در آن‌جا چه غذایی باید بخورند؟ تمام جمعیت‌های انسانی روی مریخ با مشکلِ ایجاد منبعی ثابت برای غذا مواجه خواهند بود. هزینه‌های تهیه‌ی دوباره‌ی تدارکات و فرستادن منابع از زمین، بسیار سرسام‌آور و درنتیجه غیرعملی است.

انسان‌های ساکن مریخ باید وابستگی خود به محصولات صادراتی را قطع و قادر به انجام زراعتی پایدار، سطح بالا و خودکفا باشند. کشف آب مایع در مریخ که اطلاعات جدیدی را در مورد امکان وجود موجودات زنده در مریخ عرضه کرد، همچنین امکان استفاده از این منبع را برای کاشت مواد خوراکی مطرح کرد. اما آب تنها یکی از مواردی است که برای کشاورزی روی مریخ نیاز داریم.

چه محصولاتی را می‌توان روی مریخ پرورش داد؟

پژوهش‌های قبلی پیشنهاد داده بودند که می‌توان از میکروب‌ها به‌عنوان منبعی غذایی روی مریخ استفاده کرد. گلخانه‌های هیدروپونیک (در کشاورزی هیدروپونیک، گیاهان را بدون خاک و از طریق حل‌کردن مواد لازم در آب گیاه پرورش می دهند) و سیستم‌های زیست‌محیطی کنترل‌شده نیز گزینه‌های دیگری برای رشد محصولات زراعی هستند. از روش‌های پیشرفته‌ی زیست‌شناسی سنتتیک (یا زیست‌شناسی مصنوعی) نیز می‌توان برای بهبود حیات گیاهان روی مریخ استفاده کرد.

زیست‌شناسی مصنوعی، رشته‌ای در حال توسعه است و از ترکیبی از اصول مهندسی، ژنتیک و علوم کامپیوتری (و بسیاری علوم دیگر) برای افزودن عملکرد‌هایی جدید و بهتر به موجودات زنده استفاده می‌کند. به‌کمک این علم، نه‌تنها می‌توانیم DNA را بخوانیم، بلکه می‌توانیم سیستم‌های زیست‌شناختی جدیدی را نیز طراحی و آزمایش و حتی ترکیباتی جدید از موجودات زنده خلق کنیم. مخمر، تنها یک مثال از میکروبی صنعتی می‌باشد که تمام ژنوم (مواد ژنتیکی) آن طبق یک معاهده‌ی بین‌المللی در حال بازسازی است.

تکنولوژی آن‌قدر پیشرفت کرده است که می‌تواند مهندسی ژنتیک و سیستم‌های اتوماتیک را با هم ترکیب کرده و تسهیلات رباتیِ خودکاری به‌نام بیوفاندری خلق کند. بیوفاندری‌ها می‌توانند میلیون‌ها الگوی DNA را به‌صورت همزمان بررسی کرده و موجوداتی با ویژگی‌های موردنظر ما را پیدا کنند.

مریخ، سیاره‌ای مشابه ولی متفاوت از زمین

اگرچه مریخ از میان تمام سیارات همسایه، بیشترین شباهت را به زمین دارد اما این دو تفاوت‌های بسیاری نیز دارند.

نیروی جاذبه‌ی مریخ حدوداً یک‌سوم زمین است و نصف نوری را که ما از خورشید می‌گیریم، دریافت می‌کند؛ اما اشعه‌های مضر کیهانی و ماوراء‌بنفش به‌میزان بسیار بیشتری به آن می‌رسند. دمای سطح این سیاره حدوداً ۶۰- درجه‌ی سلسیوس است و اتمسفری نازک از جنس دی‌اکسید کربن دارد.

برخلاف خاک زمین که مرطوب و سرشار از مواد مغذی و موجودات میکروسکوپی است که به رشد گیاه کمک می‌کنند؛ سطح مریخ با رگولیت پوشیده شده که ماده‌ای خشک و بی‌حاصل، حاوی مواد شیمیایی پرِکلرات‌دار است و برای انسان سمی می‌باشد.

همچنین، اگرچه به‌تازگی یک دریاچه‌‌ی زیرزمینی در مریخ کشف شده اما آب روی این سیاره عمدتاً به‌صورت یخ است و فشار پایین اتمسفر آن باعث می‌شود آب مایع در دمای ۵ درجه‌ی سلسیوس به‌جوش آید.

گیاهانِ زمین به‌مدت صدها میلیون سال تکامل پیدا کرده‌ و با شرایط زمین منطبق شده‌اند اما در مریخ رشد خوبی نخواهند داشت.

بنابراین، منابع مهمی مانند آب مایع و انرژی که کم‌یاب و برای انسان بسیار باارزش هستند، باید به کشت‌وکاری کارآمد اختصاص داده شوند و شرایطی بهینه‌ برای رشد گیاهان به‌صورت مصنوعی ایجاد شود.

هماهنگ‌کردن گیاهان با شرایط مریخ

روش منطقی‌تر این است که با استفاده از زیست‌شناسی سنتتیک، محصولاتی زراعی مخصوص به مریخ تولید کرد. این کار سخت و بزرگ را می‌توان به‌کمک یک بیوفاندری انجام داد.

سیستم خودکار بیوفاندری می‌تواند ساخت الگوهای زیست‌شناختی جدید را تسریع کرده و عملکردشان را تحت شرایط شبیه‌سازی‌شده امتحان کند. چنین تسهیلات پیشرفته‌ای با سرمایه‌گذاری کافی و همکاری‌های بین‌المللیِ فعال می‌تواند در طول یک دهه بسیاری از صفاتی را که گیاهان برای رشد در مریخ نیاز دارند، بهبود بخشد؛ مانند بهبود فتوسنتز و حفاظت نوری (برای محافظت از گیاه در مقابل اشعه‌های خورشید و فرابنفش)، تحمل خشکی و سرما و همچنین طراحی محصولاتی پرثمر و کارآمد.

همچنین باید میکروب‌هایی تولید کنیم که خاک مریخ را سم‌زدایی کرده و کیفیت آن را بهبود بخشند. زیست‌شناسی سنتتیک جدید می‌تواند از عهده‌ی تمام این کارها برآید.

فواید برای زمین

تولید نسل جدید از محصولات زراعی به‌منظور حفظ بقای انسان‌ها در مریخ، برای انسان‌های روی زمین هم فواید بسیاری دارد. افزایش جهانیِ جمعیت باعث شده تا تقاضا برای غذا افزایش یابد. برای پاسخ‌گویی به این نیاز باید تولیدات کشاورزی را افزایش دهیم اما این کار را باید بدون آسیب زدن به محیط‌زیستمان انجام دهیم. بهترین راه برای رسیدن به این اهداف، اصلاح محصولاتی است که هم‌اینک موردمصرف بالایی دارند.

ساخت تسهیلاتی مانند بیوفاندریِ مخصوص به مریخ که در بالا ذکر شد، فواید بسیاری برای تسریع فرآیند پژوهش در زمینه‌ی گیاهان به‌منظور دستیابی به امنیت غذایی و حفاظت از محیط زیست دارد. پس در نهایت، فایده‌ی اصلی تلاش برای پرورش محصولات زراعیِ مخصوص به مریخ، سودرسانی به زمین است.