Illustration av en fotobioreaktor som en del av ett biologiskt livsuppehållande system för en Mars-habitat. Joris Wegner. Kredit:ZARM, Universität Bremen
En internationell forskargrupp ledd av ZARM-forskaren Dr. Cyprien Verseux har identifierat en cyanobakterieunderart som verkar vara bäst lämpad för användning i ett biologiskt livsuppehållande system som skulle göra det möjligt för människor att överleva på Mars. Resultaten publiceras i tidskriften Applied and Environmental Microbiology .
Vid första anblicken verkar den ogästvänliga miljön på den röda planeten innehålla få användbara resurser för ett livsuppehållande system eller livsmedelsproduktion. Men den kolhaltiga (95 %), kvävehaltiga atmosfären och den röda regolitjorden, rik på järn och en mängd andra metaller och mineraler, är lämpliga för sådana bioprocesser – och nyckeln är cyanobakterier. Medan de på jorden ofta framstår som irriterande blågröna alger och förstör vårt sommarbadnöje, kan de i Mars-sammanhang beskrivas som mästare på överlevnad. Matas med damm och atmosfär från mars, och med förmågan till fotosyntes, kan vissa mikroorganismer inom denna filum producera syre och bilda biomassa, som kan tjäna olika syften – inklusive livsmedelsproduktion.
"När människor åker till Mars kommer vi att behöva förse dem med stora mängder förbrukningsvaror:mat, vatten, syre och ibland medicin. Och om vår närvaro där ska vara hållbar, allt som inte kan komma från jorden, kostnaderna och riskerna skulle vara för hög", säger Dr. Cyprien Verseux, chef för Laboratory of Applied Space Microbiology vid Center for Applied Space Technology and Microgravity vid universitetet i Bremen.
Vad gör modellbakterien så speciell?
Tillvägagångssättet att designa ett livsuppehållande system baserat på cyanobakterier är inte nytt för rymdforskning, men framstegen inom området har bromsats av avsaknaden av en delad modellbakterie - Cyanobakteriefylumen räknar tusentals arter. Cyprien Verseux och hans kollegor har nu identifierat cyanobakteriestammen Anabaena sp. PCC 7938 som en mycket lovande för ett livsuppehållande system på Mars. De föreslår att det kan vara den delade modellen som fältet behöver.
Verseux förklarar hur de kom fram till resultaten:"Vi förvalde först några cyanobakteriestammar baserat på redan tillgänglig kunskap. Vi letade sedan efter insikter i dessa stammars genomiska DNA och jämförde dem slutligen genom en serie experiment i laboratoriet. Kort sagt , vi hade två uppsättningar kriterier:Det första gällde cyanobakteriernas förmåga att livnära sig på tillgängliga resurser på Mars. Det andra handlade om deras förmåga att stödja tillväxten av andra organismer, såsom ätbara växter och andra bakterier, vilket skulle vara mycket värdefullt. men kunde inte använda Mars resurser som direkt."
För den senare punkten uppnådde teamet bland annat att odla andmat som en högre, näringsrik växt, med extrakt från cyanobakteriebiomassan som enda råvara.
"Denna växt växer extremt snabbt och är helt ätbar, vilket gör den till en främsta kandidat för jordbruk på Mars. Som ett roligt faktum isolerade vi faktiskt vår andmat från en bäck i landskapsparken i Bremen", säger Tiago Ramalho, också en vetenskapsman. vid ZARM och första författare till studien.
Med dessa rön hoppas forskarteamet öka forskningen om de så kallade resursutnyttjandeprocesserna på plats för Mars – vilket betyder utnyttjandet av resurser som är inhemska på den röda planeten. För Cyprien Verseux är perspektivet tydligt:"Vårt arbete, och det av kollegor inom detta område, har gett lovande proof-of-concept. Det verkar som att cyanobakterier verkligen skulle kunna matas från Mars resurser och sedan användas för att mata andra bioprocesser av intresse. Men att veta att det här systemet överhuvudtaget skulle kunna fungera räcker inte. Vi måste förbättra det, bedöma om det kan vara tillräckligt effektivt för att vara värt att integreras i uppdrag till Mars och i så fall utveckla praktiska lösningar – inklusive hårdvara och processer ."
De vill också bättre förstå de biologiska mekanismerna som gör den utvalda stammen av Anabaena sp. PCC 7938 så värdefull. "Saker och ting har precis börjat och mängden forskningsarbete som återstår kan vara skrämmande. Lyckligtvis tar det riktningen mot ett mycket samarbetande arbete:Antalet team som bidrar till cyanobakteriebaserade livsuppehållande system ökar snabbt", säger Verseux. ZARM-teamet hoppas att deras modellstam kommer att göra det lättare att jämföra resultat och bygga vidare på varandras arbete. + Utforska vidare
