Які біотехнології нам потрібні, щоб досягти Марса

Оскільки ми готуємося до далеких космічних подорожей і життя на Марсі, біотехнології матимуть важливе значення для того, щоб космічні кораблі більше не залежали від постійних поставок із Землі.

Створити базу на Місяці або вперше доставити людей на Марс - мета кількох країн світу та мільярдерів. Фірма Джеффа Безоса Blue Origin уже бореться зі SpaceX Ілона Маска за відправку місій НАСА на Місяць. Тим часом Ілон Маск прагне доставити нас на Марс.

"Щоб вижити в довгостроковій місії, вам потрібно перевезти багато води, багато їжі і багато кисню", - каже Крістоф Лассер, координатор досліджень і розробок Європейського космічного агентства (ЄКА). "Для місії на Марс це буде десь близько 30 тонн. Сьогодні це занадто важко для пускових установок. "

Вчені всього світу наполегливо працюють над вирішенням цих проблем. Як? З біотехнологіями.

Вирощування їжі на орбіті

Наразі МКС повністю залежить від запасів продовольства із Землі. Вирощування власних продуктів харчування буде необхідним для підтримки космічних подорожей на великі відстані.

"Ми збираємося відправити в космос більше людей і більше людей, ніж будь-коли раніше", - сказав Річард Баркер, дослідник з Університету Вісконсін-Медісон, США. "Якщо ми зможемо вирощувати для них їжу на орбіті, це зробить дослідження космічного середовища більш стійким і доступним для більшої кількості людей".

Баркер співпрацює з кількома проектами НАСА, які відправляли і вирощували овочі в космічних місіях. Зокрема, він вивчає, як рослини поводяться в умовах "стресу космічного життя".

Його дослідницька група виявила, що перебування в космосі активує гени, які готують рослину до реагування на спеку та повінь. Ідентифікація цих генів дозволила дослідникам генетично сконструювати рослини, щоб вони краще росли в космічних умовах.

Але кінцева мета - можливість вирощувати їжу на інших планетах і супутниках. Китай уже проводить випробування з будівництва автономного "Місячного палацу" на південному полюсі Місяця, у той час як НАСА та Ілон Маск планують зрештою відправити людей на Марс.

У довгостроковій перспективі космічна дієта не обов'язково буде обмежуватися овочами і водоростями. Ізраїльська біотехнологічна компанія Aleph Farms потрапила в заголовки газет 2019 року, коли на борту МКС надрукувала перший яловичий стейк у космосі, а ЄКА продовжує вивчати потенціал цієї технології.

Багато стартапів на Землі взяли на себе завдання виробляти м'ясо без тварин - яловичину, свинину, курку, індичку, тунець тощо.

"З тисяч клітин можна отримати мільярди клітин", - пояснив Хесуані. "Вам не потрібно буде відправляти більше клітин із Землі".

Виробництво чистого кисню і води

Наразі частину кисню на МКС витягують із води за допомогою хімічної реакції. Це вимагає використання цінних запасів води і великого обладнання. На Землі ми отримуємо кисень від рослин та інших живих істот за допомогою фотосинтезу, то чому б не зробити те саме в космосі?

Крістоф Лассер очолює проєкт ЄКА під назвою MELiSSA, який упродовж останніх 30 років досліджує способи виробництва і перероблення кисню, води і продуктів харчування в космічних місіях із використанням біології.

"Ми провели кілька льотних експериментів на космічній станції та продемонстрували, що можемо вирощувати водорості та переробляти CO2 на кисень", - пояснив він. "Ми можемо контролювати це виробництво залежно від споживання з дуже високою точністю".

Проєкт MELiSSA довів, що за допомогою водоростей можна переробити майже 100 відсотків наявного вуглекислого газу. Вчені ЄКА також досліджували швидкість, з якою водорості можуть рости в космосі порівняно із Землею. Що швидше він росте, то менша кількість водоростей буде потрібна для виробництва кисню.

"У космосі ми боремося з масою. Ми хочемо, щоб усе було якомога меншим і легшим", - пояснив Лассер. "Дуже велика різниця, чи потрібно нам 100 кг або 300 кг для переробки кисню".

Чиста вода також важлива. На МКС до 80 відсотків води переробляється з повітря, а також з поту і сечі космонавтів. Проте екіпаж покладається на регулярні поставки води із Землі.

"Вода - цінний ресурс у космосі, оскільки кожен член екіпажу використовує від 4 до 6 літрів на день, а запуск коштує 50 000 доларів за кілограм", - сказав Томас Андерсен, генеральний директор Данської аерокосмічної компанії (DAC).

ЄКА працює з DAC і данською компанією Aquaporin над розробкою більш ефективного методу очищення води. Використовуючи бактеріальний білок, який може транспортувати молекули води через мембрану, компанія "Аквапорін" розробила більш швидкий та ефективний метод очищення води.

Нескінченність не межа

Одним із перших кроків уперед стане будівництво НАСА "Воріт у глибокий космос" - станції, яка, як планують, обертатиметься навколо Місяця до 2024 року.

"Це справді цікаве місце, тому що воно розташоване за межами земного поясу Ван Аллена. Це захисна магнітна сфера, яка захищає нас від космічних променів і сонячних вітрів", - сказав Баркер. На цій станції НАСА планує побудувати космічний сад, який перевірятиме, як життя справляється без захисту магнітного поля Землі.

Ці експерименти допоможуть нам підготуватися до більш тривалого перебування далеко від Землі, яке, за прогнозами експертів, не таке вже й далеке в часі.

"Приблизно через 10 років у нас будуть Ворота в глибокий космос - я трохи консервативніший, ніж аерокосмічні компанії - і приблизно через 10 років у нас, імовірно, буде база на Місяці. Приблизно через 20 років Ілон Маск каже, що ми зможемо відправляти людей на Місяць", - сказав Баркер. 

Здається очевидним, що ніщо не заважає людям подорожувати далі в космос. Біотехнологія, здається, є рішенням, необхідним для задоволення всіх потреб довгострокових космічних місій і, зрештою, перетворення наукової фантастики на науковий факт.