Марсианское удобрение из цианобактерий

Исследовательская группа из Центра прикладных космических технологий и микрогравитации (ZARM), кафедры экологической технологической инженерии Бременского университета и Немецкого аэрокосмического центра (DLR) обнаружила способ создания самодостаточного удобрения исключительно из марсианских ресурсов. Ученые успешно использовали цианобактерии, выращенные на имитаторе марсианской пыли и газов, для получения питательного субстрата через анаэробную ферментацию, после чего применили его для выращивания съедобной биомассы ряски. Результаты этого прорывного исследования, открывающего путь к устойчивым марсианским поселениям, опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal.

Коллектив исследователей под руководством профессора Сиприена Версо и Тьяго Рамальо добился значительного прогресса в создании технологического цикла, позволяющего обеспечить продовольственную автономию будущих марсианских миссий. Ключевым звеном в этой цепи стали цианобактерии, известные также как сине-зеленые водоросли. Выбор этих микроорганизмов обусловлен их уникальными свойствами, идеально подходящими для суровых условий Красной планеты: они способны утилизировать углекислый газ из разреженной марсианской атмосферы, выделять кислород и, что критически важно, извлекать необходимые питательные вещества непосредственно из частиц марсианской пыли, минуя необходимость доставки сложных компонентов с Земли.

В ходе эксперимента ученые культивировали цианобактерии с использованием искусственно созданного реголита MGS-1, который имитирует состав марсианского грунта. Полученную биомассу затем подвергли процессу анаэробной ферментации — разложению без доступа кислорода с помощью других микроорганизмов, что позволило превратить ее в продукт, богатый питательными веществами.

В опубликованной в Chemical Engineering Journal работе специалисты детально описали оптимизацию этого этапа. Было установлено, что предварительный нагрев биомассы ускоряет ее разложение, а оптимальная температура для протекания процесса ферментации составляет 35 градусов Цельсия. Кроме того, ученым удалось определить точное соотношение между объемом исходной биомассы цианобактерий и выходом аммония, ключевого компонента удобрения, что позволяет точно рассчитывать необходимые объемы сырья для получения требуемой концентрации питательных веществ.

Полученное удобрение было успешно протестировано на ряске (Lemna sp.), быстрорастущем водном растении с высоким содержанием белка, которое на протяжении веков употребляется в пищу в Юго-Восточной Азии и уже одобрено в качестве пищевого продукта в ЕС. Эффективность предложенного метода поразительна: из всего одного грамма сухих цианобактерий удалось получить 27 граммов свежей съедобной растительной массы, что демонстрирует высокий потенциал замкнутого цикла.

«Представьте себе огород на Марсе, который полностью функционирует за счет местных ресурсов — без использования почвы, удобрений или воды», — объясняет Тьяго Рамальо из Бременского университета. «Эта самодостаточность важна для того, чтобы будущие марсианские поселения были максимально устойчивыми». Помимо производства пищи, разработанная система обладает дополнительным преимуществом: в процессе ферментации образуется метан, который может быть использован в качестве источника энергии для обеспечения работы базового оборудования.

Итогом исследования стало успешное подтверждение концепции, при которой микроорганизмы выступают в роли эффективного технологического посредника между марсианским реголитом и высшими растениями.

Как отметил профессор Сиприен Версо, руководитель Лаборатории прикладной космической микробиологии в ZARM, эта работа демонстрирует принципиальную возможность выращивания растений на Марсе с использованием исключительно природных ресурсов планеты, что закладывает основу для устойчивого производства продуктов питания в будущих длительных космических миссиях.