Експеримент на немски учени показа, че синьо-зелените водорасли могат да оцелеят в условията на Червената планета. Това дава надежда за осигураване на жизненоважния ресурс - кислорода за бъдещите бази на хората на Марс.
НАСА, в сътрудничество с други водещи космически агенции, се стреми да изпрати първите си пилотирани мисии на Марс в началото на 2030-та, докато компании като SpaceX могат да го направят дори по-рано. Астронавтите на Марс ще се нуждаят от кислород, вода, храна и други консумативи. Те ще трябва да бъдат добирани на Марс, тъй като доставките им от Земята са непрактични в дългосрочен план.
В статия в списание Frontiers in Microbiology учените за първи път показват, че родът цианобактерии Anabaena могат да се отглеждат само с местните газове, вода и други хранителни вещества и при ниско налягане. Това значително улеснява разработването на устойчиви биологични системи за поддържане на живота.
„Тук показваме, че цианобактериите могат да използват наличните в атмосферата на Марс газове при ниско общо налягане като източник на въглерод и азот. При тези условия цианобактериите запазват способността си да растат във вода, съдържаща само прах, подобен на марсианския, и все пак могат да се използват за хране на други микроорганизми. Това може да направи дългосрочните мисии до Марс устойчиви“, разказва водещият автор д-р Сиприен Версьо (Cyprien Verseux), астробиолог, който ръководи Лабораторията по приложна космическа микробиология в Центъра за приложна космическа технология и микрогравитация (ZARM) на Университета в Бремен, Германия.
Атмосфера с ниско налягане
Цианобактериите отдавна се смятат за перспективни кандидати за биологична поддържка на живота при космически мисии, тъй като всички видове произвеждат кислород чрез фотосинтеза, а някои могат да фиксират атмосферния азот в хранителни вещества.
Трудността е, че те не могат да растат директно в атмосферата на Марс, където общото налягане е по-малко от 1% от земното - 6 до 11 hPa, твърде ниско за наличието на течна вода - докато парциалното налягане на азотния газ - 0,2 до 0,3 hPa - е твърде ниско за техния метаболизъм. Но пресъздаването на подобна на Земята атмосфера би било скъпо.
И изследователите смятат, че в този случай е необходим компромис между условията, които биха били желателни от инженерна и логистична гледна точка (близост до условията на повърхността на Червената планета), и тези, които оптимизират производителността на цианобактерии.
За да постигнат този компромис, учените разработват фотобиореактор с ниско налягане - Atmos (“Atmosphere Tester for Mars-bound Organic Systems”). Всяка суровина трябва да го има на самата Червена планета: освен азот и въглероден диоксид, газове, изобилни в марсианската атмосфера, и вода, която може да се добива от леда, хранителните вещества трябва да идват от „реголита“, прахът, покриващ земеподобните планети и луни. Доказано е, че марсианският реголит е богат на хранителни вещества като фосфор, сяра и калций.
A: Биореакторът Atmos (“Atmosphere Tester for Mars-bound Organic Systems”). B: Един от съдовете на Atmos. C: Design schematic. Кредит: C. Verseux / ZARM
Anabaena: универсални цианобактерии, отглеждани върху прах, подобен на този на Марс
Atmos има девет съда от 1 л, изработени от стъкло и стомана, всеки от които е стерилен, нагрява се, контролира се под налягане и се контролира цифрово, докато културите вътре непрекъснато се разбъркват. Авторите са избрали щам на азотфиксиращи цианобактерии, наречен Anabaena sp. PCC 7938, тъй като предварителните тестове показват, че са подходящи да се използват при марсианските ресурси и да ще помогнат за отглеждането на други организми. Доказано е, че тясно свързани с тях видове са годни за консумация, подходящи за генно инженерство и способни да образуват специализирани спящи клетки, за да оцелеят при тежки условия.
Цианобактериите се развиват добре при всякакви условия, включително в реголит при богата на азот и въглероден диоксид смес при ниско налягане. Както се очакваше, те израстват по-бързо на стандартна среда, оптимизирана за цианобактерии, отколкото на симулиращ марсианския прах (Mars Global Simulant), и под двете атмосфери. Но това все пак е голям успех.
„Искаме да използваме като хранителни ресурси, наличните на Марс, и само тях“, обяснява Версьо.
Изсушената биомаса Anabaena е смляна, суспендирана в стерилна вода, филтрирана и успешно използвана като субстрат за отглеждане на бактерии Е. coli, доказвайки, че от тях могат да се извличат захари, аминокиселини и други хранителни вещества, за да се хранят други бактерии, които са по-малко издръжливи, но изпитани инструменти за биотехнологии. Например Е. coli може да бъде проектиран по-лесно от Anabaena, за да произвежда някои хранителни продукти и лекарства на Марс, които Anabaena не може.
Изследователите заключават, че фиксиращите азот цианобактерии, произвеждащи кислород, могат ефективно да се отглеждат на Марс при ниско налягане при контролирани условия, с изключително местни съставки.
Допълнителни усъвършенствания
Тези резултати са важен напредък. Но авторите предупреждават, че са необходими по-нататъшни проучвания.
„Искаме да преминем от тази доказателствена концепция към система, която може да се използва ефективно на Марс“, отбелязва Версьо.
Изследователите предлагат фина настройка на комбинацията от налягане, въглероден диоксид и азот, оптимални за растеж, като същевременно се тестват други родове цианобактерии, може би генетично пригодени за космически мисии. Системата за култивиране на Марс също трябва да бъде проектирана.
„Нашият биореактор, Atmos, не е системата за култивиране, която бихме използвали на Марс - той е предназначен да тества на Земята условията, които бихме осигурили там. Но нашите резултати ще помогнат за насока за конструирането на марсианска система за култивиране. Например по-ниското налягане означава, че можем да разработим по-лека конструкция, която да бъде по-лесно натоварена, тъй като няма да е необходимо да издържа на големи разлики между вътре и вън“, заключава Версьо.
Справка: “A Low-Pressure, N2/CO2 Atmosphere Is Suitable for Cyanobacterium-Based Life-Support Systems on Mars” by Cyprien Verseux, Christiane Heinicke, Tiago P. Ramalho, Jonathan Determann, Malte Duckhorn, Michael Smagin and Marc Avila, 16 February 2021, Frontiers in Microbiology.
DOI: 10.3389/fmicb.2021.611798
Източник: Mars Bioreactor Atmos: Biotech Fit for the Red Planet, Scitech daily
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари