Марс издалека кажется почти знакомым, но для жизни на его поверхности человеку придётся создать настоящий оазис посреди крайне враждебной среды. Вместо того чтобы завозить с Земли огромные объёмы стройматериалов, учёные всё активнее исследуют возможность использовать местный марсианский грунт в качестве основного сырья. Особенно перспективной выглядит идея задействовать двух чрезвычайно стойких микроорганизмов, которые совместно способны превращать рыхлую пыль в материал, напоминающий бетон, а заодно производить кислород.
Представьте себе: микробная «команда» превращает марсианский реголит в прочный строительный композит, пригодный для возведения укрытий прямо на месте. При этом та же система может снабжать будущих колонистов кислородом и некоторыми полезными побочными продуктами, необходимыми для замкнутого цикла жизнеобеспечения.
С момента первой высадки на Луну идея постоянного обитания за пределами Земли остаётся одной из главных целей космических агентств. Среди реально достижимых объектов Марс занимает первое место — у него есть знакомые черты рельефа, смена дня и ночи, полярные шапки. Однако создание устойчивой человеческой базы на Красной планете — это, пожалуй, самая сложная инженерно-научная задача в истории.
Современный Марс — это мир, потерявший почти всю атмосферу за миллиарды лет. Осталась тончайшая оболочка, почти полностью состоящая из углекислого газа, давление примерно в 160 раз ниже земного, а температура колеблется от −90 °C ночью до +25…+30 °C днём в экваториальной зоне. Добавьте к этому мощную космическую радиацию и полное отсутствие пригодного для дыхания воздуха — и станет понятно, почему марсианское жилище должно быть намного больше, чем просто крыша над головой. Оно обязано защищать от всего комплекса смертельных факторов.
Доставка готовых конструкций с Земли — запредельно дорогое и технически почти невозможное решение. Поэтому ключевое направление современных планов — максимальное использование местных ресурсов (концепция In Situ Resource Utilization, ISRU).
Образцы грунта, собранные ровером Perseverance в древнем кратере Езеро, уже дают ценную информацию. А параллельно возникает более глобальный вопрос: если миллиарды лет назад на Марсе могли существовать микроорганизмы, почему бы не использовать похожие биологические процессы для строительства в настоящем?
От древнейших земных микробов — к марсианским стройкам
Жизнь на Земле начиналась с простейших одноклеточных организмов. Со временем они радикально изменили планету: насытили атмосферу кислородом, сформировали коралловые рифы, известняковые отложения и многое другое. Теперь учёные пытаются понять, способны ли земные экстремофилы сыграть похожую роль на Марсе — превратить мёртвую пустыню в пригодное для человека пространство.
Международная исследовательская группа объединяет знания астробиологии, геохимии, материаловедения и робототехники. В центре внимания — биоминерализация, то есть способность микроорганизмов образовывать минералы в процессе своей жизнедеятельности. Особенно интересны виды, выживающие в экстремальных земных условиях: кислотные озёра, вулканические почвы, глубокие пещеры, зоны высокой радиации.
Как из марсианской пыли сделать бетон
На основе данных марсоходов учёные тестируют разные пути микробной минерализации. Самое перспективное направление на сегодняшний день — биоцементация. Некоторые бактерии способны при обычной температуре производить карбонат кальция и другие связующие вещества, превращая рыхлый реголит в твёрдый композит.
Особенно удачной оказалась пара микроорганизмов:
- Sporosarcina pasteurii — известна своей способностью быстро осаждать кальцит в процессе уреолиза;
- Chroococcidiopsis — один из самых устойчивых цианобактерий, успешно выдерживающий имитацию марсианских условий, включая вакуум, радиацию и экстремальные перепады температур.
Эти два вида работают в синергии. Цианобактерия выделяет кислород, создавая более благоприятную микросреду для партнёра. Кроме того, она производит защитные внеклеточные полимеры, которые могут экранировать вторую бактерию от ультрафиолета. В свою очередь Sporosarcina поставляет органические вещества, усиливающие процесс минералообразования и скрепляющие частицы грунта.
3D-печать убежищ и помощь в жизнеобеспечении
Дальнейшая цель — использовать полученную биомассу + реголит в качестве «чернил» для крупноформатных 3D-принтеров прямо на Марсе. Если технология будет масштабирована, она способна изменить подход к проектированию и строительству на Красной планете.
При этом польза не ограничивается только стенами. Выделяемый Chroococcidiopsis кислород может использоваться и для дыхания астронавтов. А побочный продукт метаболизма другой бактерии — аммиак — открывает перспективы для создания удобрений в замкнутых сельскохозяйственных системах и, возможно, даже для будущих этапов терраформирования.
Что ещё предстоит сделать
Исследования находятся на ранней стадии. Первые пилотируемые миссии на Марс планируются на 2030-е — начало 2040-х годов, однако задержки с возвращением марсианских образцов замедляют полноценное тестирование. Поэтому разработки биотехнологий для строительства нужно вести уже сейчас.
Остаётся множество вопросов: как поведут себя такие микробные сообщества непосредственно в марсианском реголите? Как они выдержат полную гамму местных стресс-факторов? Как обеспечить точное управление процессом в условиях пониженной гравитации? Как сделать роботизированное строительство надёжным и автономным?
Пока это лишь лабораторные эксперименты и модели. Но каждый успешный тест приближает нас к будущему, в котором человечество сможет по-настоящему обосноваться на другой планете, используя помощь самых маленьких и самых стойких жителей Земли.