Помните знаменитую фразу «это один маленький шаг для человека, но гигантский скачок для человечества», которую астронавт НАСА, получивший своё имя в честь знаменитой африканской реки (шутка) Нил Армстронг произнёс в 1969 году, когда в ходе выполнения миссии «Аполлон-11» первые люди ступили на лунную поверхность? Это одна из самых знаменитых фраз всех времён и народов.
С тех пор прошло много лет. Люди больше не покидали околоземную орбиту. По самым разным причинам. Однако наше желание полететь на другие планеты никуда не исчезло. И когда-нибудь это обязательно произойдёт.
Выжить на Марсе
И самой ближайшей задачей в освоении Солнечной системы будет колонизация Марса. И, хотя еще не в буквальном смысле, человечество сделало в этом направлении первые шаги. С 2012 года миссия «Curiosity» («Любопытство»), вполне оправдывающая своё название, пытается удовлетворить наше любознательность в отношении того, могут ли условия Красной планеты позволить там жить людям.
Небезызвестный Илон Маск однажды во всеуслышание заявил, что в конце этого десятилетия он отправит первую пилотируемую миссию на Марс. И что в 2040 году можно будет вполне отправиться в отпуск на соседнюю планету. Заявления смелые, конечно.
Но задумывались ли Вы когда-нибудь о том, что людям нужно будет для того, чтобы суметь выжить на Марсе?
Да всё просто: вода, кислород и пища. Это минимум, необходимый для нашего выживания на другой планете.
Что касается воды, то с в случае с Марсом в этом отношении проблем быть не должно, поскольку на планете гарантировано есть водяной лёд. Да и процессы очистки и повторного использования воды достаточно хорошо отработаны на МКС.
А вот обеспечение марсианской базы кислородом и пищей является более сложным процессом. Поскольку это ресурсы, которые после потребления не могут быть использованы повторно. По этой причине возникнет необходимость постоянно поставлять их с Земли. И если мы хотим иметь возможность проводить длительное время на Марсе, одна из главных наших целей – это найти способ производить кислород и пищу на месте. Тем самым уменьшая потребность в их поставке с Земли.
Обычный фотосинтез
Для решения этой проблемы нет необходимости разрабатывать какие-то сложные системы. Природа уже позаботилась об этом и создала процесс фотосинтеза. Который позволяет убить двух зайцев одним выстрелом. Поскольку одновременно генерирует и кислород, и питательные вещества.
Для тех, кто прогуливал уроки биологии, напомню, что фотосинтез – это совокупность химических реакций, посредством которых растения, используя энергию солнечного света, производят питательные вещества из углекислого газа и воды, выделяя при этом кислород. Таким образом, во-первых, вырабатывается газ, который мы используем в процессе нашего метаболизма, а во-вторых, появляются питательные вещества, которые мы либо потребляем в виде фруктов, овощей или злаков, либо они служат пищей для других организмов, которые мы едим. Это могут быть коровы или караси, например. Или даже креветки.
Как и Земля, Марс тоже получает солнечный свет. Хотя и намного меньшее количество. Хотя его вполне достаточно, чтобы гарантировать снабжение марсианского поселения продовольствием и кислородом, построив крупные сельскохозяйственные объекты.
Однако есть одна серьёзная проблема: почва Марса. Она совершенно не подходит для выращивания кукурузы или картофеля, несмотря на те подвиги, которые совершал герой Мэта Дэймона в одном знаменитом фильме. Но как же тогда быть? Вести почву с Земли?
Не обязательно. Есть одно решение, которое может показаться незначительным, поскольку не видно человеческому глазу. Это микроорганизм размером в несколько микрон (примерно в 1000 раз меньше острия булавки). Он называется цианобактерия.
Это такой тип бактерий, который, как и растения, способен осуществлять фотосинтез. Эти микроорганизмы характеризуются зелёным цветом, очень напоминающим цвет овощей. И это связано с тем, что и цианобактерии, и овощи содержат один и тот же пигмент, хлорофилл, который позволяет им улавливать солнечный свет, необходимый для осуществления фотосинтеза.
Живучие цианобактерии
На нашей планете цианобактерии обитают в самых разных местах, от полярного или пустынного климата до морских или речных глубин. Они живут в скалах, почве, гидротермальных источниках, и способны выживать в самых экстремальных условиях, таких как дефицит питательных веществ или высокая солёность. Эти крошечные микроорганизмы способны функционировать в самых враждебных условиях, и приспосабливаться к любой среде, что делает их идеальными кандидатами для жизни на Красной планете.
Помимо способности к фотосинтезу и невероятных способностях к выживанию, некоторые виды цианобактерий также могут усваивать атмосферный азот. И синтезировать азотистые соединения благодаря процессу, называемому фиксацией азота.
Но как будто этого недостаточно, эти организмы имеют и другие многочисленные биотехнологические «приложения», поскольку их можно использовать для производства биомассы и биотоплива, такого как водород, а также для синтеза антибиотиков, лекарств или пищевых добавок.
В прошлом году исследователи из Бременского университета и Центра прикладных космических технологий и микрогравитации (ZARM) определили штамм цианобактерий, который, по-видимому, является хорошим кандидатом на вакансию первого «колонизатора» Марса. Имя этой цианобактерии – Anabaena sp. PCC 7938. В опубликованном исследовании было описано, что этот микроорганизм способен расти в условиях, аналогичных тем, которые существуют на Красной планете. При этом используя питательные вещества, присутствующие в марсианском реголите. (Так называется пыль, покрывающая поверхность Марса).
Используя биореакторы под названием Atmos, которые позволяют имитировать окружающую среду той или иной планеты, авторы исследования культивировали вышеупомянутую цианобактерию в течение 10 дней в атмосфере с составом углерода и кислорода и давлением, аналогичным марсианскому. Исследования продемонстрировали, что испытуемые бактерии могут размножаться в культуральной среде, имитирующей состав марсианского реголита. Тем самым было доказано, что Anabaena sp. PCC 7938 способна расти в условиях Марса!
А ещё было показано, что цианобактерии, выращенные в подобных условиях, являются подходящим субстратом для развития и других форм жизни. В частности, сухая биомасса Anabaena sp. PCC 7938 оказалась хорошим субстратом для роста бактерии Escherichia coli, буквально волшебного для учёных микроорганизма из-за его многочисленных биотехнологических применений.
Проведённая работа показала, что цианобактерии могут также генерировать питательные вещества, такие как сахара или аминокислоты. И таким образом обеспечивать рост других организмов. Кроме того выяснилось, что сухая биомасса может также поддерживать рост ряски. А это растение представляет большой интерес, поскольку оно съедобно и быстро растёт.
Кандитаты в космонавты
Итак, какие же выводы сделали учёные?
Первое: цианобактерии могут использовать газы, имеющиеся в марсианской атмосфере, в качестве источника углерода и азота.
Второе: цианобактерии могут использовать питательные вещества, присутствующие в марсианской почве для производства биомассы.
Третье: эта биомасса может быть использована как для поддержания других форм жизни, так и для производства биотоплива и получения других представляющих интерес метаболитов.
Короче говоря, цианобактерии, и особенно Anabaena sp. PCC 7938 постулируются как хорошие кандидаты для создания систем земледелия на Красной планете, позволяющих поддерживать развитие других форм жизни. Их фотосинтетическая активность вместе с их способностью расти в условиях, подобных марсианским, и служить субстратом для роста других организмов означает, что они обладают необходимыми характеристиками, чтобы стать основой будущих экосистем на других планетах.
Однако, хотя проведённое исследование и представляет собой многообещающее открытие и, безусловно, является важным вкладом, предстоит еще долгий путь. Авторы утверждают, что работа является лишь доказательством концепции. И что необходимы дополнительные исследования. Например, для определения идеального сочетания давления, углекислого газа и азота, а также для выяснения, будет ли эта система культивирования эффективна в условиях окружающей среды в долгосрочной перспективе, или существуют другие роды цианобактерий, более подходящие для роста за пределами Земли.
Возможно, эти открытия — всего лишь один маленький шаг к колонизации Марса, но, возможно, однажды этот маленький шаг, как у Нила Армстронга, станет гигантским скачком, который позволит нам колонизировать другие планеты.
