В 2016 году эколог по растениям из Вагенингенского университета Вигер Вамлинк устроил обед в отеле New World в Нидерландах, чтобы отведать с 50 гостями единственные в своем роде блюда. При беглом взгляде на меню все могло показаться достаточно обычным: закуски из горохового пюре, картофельно-крапивный суп с ржаным хлебом и муссом из редиса и морковный сорбет. Однако все овощи, которые использовались для приготовления еды, были выращены Вамлинком и его командой на имитационных марсианских и лунных почвах. С тех пор они вырастили 10 культур, в том числе киноа, кресс-салат, руколу и помидоры, используя специальную почву, созданную из измельченных вулканических пород, собранных здесь, на Земле. Команда создала имитирующую поверхность, классифицируя частицы породы по разным размерам и смешивая их в пропорциях, соответствующих анализу марсианской почвы с помощью марсохода. Изначально почвы были разработаны для испытания марсоходов и скафандров на Земле, чтобы увидеть, насколько хорошо они обрабатывают поверхностные материалы Марса и Луны. Мало кто думал, что такую почву можно когда-либо возделывать. Во-первых, были опасения по поводу текстуры, особенно после того, как первые попытки создать модели лунной почвы были затруднены из-за крошечных и острых как бритва фрагментов камней, которые протыкали корни растений. Однако на Марсе движение воды и продолжающаяся ветровая эрозия оставили на планете более щадящее поверхностное покрытие, и моделирование почв оказалось успешным. По словам Вамлинка, с точки зрения питания нет никакой разницы между «марсианскими» культурами и культурами, выращенными на местных почвах, а когда дело дошло до вкуса, его больше всего впечатлила сладость томатов. Вигер Вамлинк и его команда предприняли попытки повысить урожайность, наполняя симуляционную марсианскую почву (богатой азотом) человеческой мочой — ресурсом, который, вероятно, будет легко доступен в командировочных миссиях на Красную планету. Он также планирует ввести бактерии, фиксирующие больше атмосферного азота, а также питающиеся токсичными солями перхлоратов, присутствующих в почве Марса. В университете Вилланова (Пенсильвания) профессора Эд Гинан и Алисия Эглин возглавляют проект Red Thumbs. Они добились успехов в выращивании собственного марсианского симулятора. Изначально почву получили из камней, собранных в пустыне Мохаве. Затем исследователи дополнили ее фермами дождевых червей, так как они способны выделять азот из мертвого органического вещества через свои норы и с помощью питания. Проект Red Thumbs попал в заголовки газет в 2018 году, когда международные СМИ были взволнованы перспективами производства марсианского пива после того, как команде ученых удалось успешно произвести ячмень и хмель. Салат и картофель Пару лет спустя Гинан и Эглин добавили в свои теплицы помидоры, чеснок, шпинат, базилик, капусту, салат, руколу, лук и редис. Качество урожая было разным, но главным успехом стала капуста, которая на марсианской почве, имитирующей аналог, росла лучше, чем на местных. Другие культуры, такие как столь необходимый и высококалорийный картофель, испытывали трудности. Оказывается, картофель предпочитает более рыхлую, неуплотненную почву и не может расти, поскольку имитирующая почва становится тяжелой и непроницаемой при поливе, что приводит к подавлению картофеля. Эглин считает, что ключом к успеху может быть выращивание низкоурожайных культур, которые могут обладать большим количеством естественных экосистем, чем позволяет однотипная установка. Даже на Земле сельскохозяйственные монокультуры часто страдают со временем, поскольку питательные вещества, необходимые для выращивания одного растения, постепенно истощаются и не заменяются после каждого урожая. Чтобы противодействовать этому эффекту, фермеры часто вводят второстепенные виды в ту же зону выращивания. Они не будут конкурировать с основной культурой, потому что их корневая система более мелкая, но позволят обеспечивать дополнительную фиксацию азота для улучшения плодородия почвы. Теперь Эглин планирует проверить это, выращивая соевые бобы, которые могут оказаться жизненно важным источником белка, а также кукурузу вместе с маревыми растениями и листовым овощем. «Но каким бы большим успехом ни были эти проекты, мы должны помнить, что моделирующие грунты имеют очень реальные ограничения», — объясняет инженер Кристель Пайль из Европейского космического агентства. Она участвует в программе альтернативных микроэкологических систем жизнеобеспечения (MELiSSA), которые изучают ряд технологий для их дальнейшего использования в дальних полетах с экипажем. MELiSSA оказала поддержку Вигеру Вамлинку, но Пайль отмечает, что любые успехи в моделированных почвах должны учитывать факт ограниченной географической выборки. «Это исходный показатель, который, вероятно, нельзя обобщить и применить для любого места на поверхности Марса. Мы всегда осторожно относимся к имитирующему материалу. В одном симуляторе очень сложно уловить все характеристики», — говорит она. Возможно, единственный способ обойти это — собрать образец с поверхности Марса и привезти его на Землю. 30 июля 2020 года марсоход НАСА Perseverance Rover стартовал с мыса Канаверал во Флориде. Он отправлен для изучения поверхности около кратера Марса Езеро. Марсоход удачно приземлился на планету 18 февраля 2021 года. Благодаря своей системе питания на основе плутония аппарат сможет потратить до десяти лет на анализ поверхности Марса. В то время как предыдущие миссии выполнялись для поиска признаков пригодных для жизни условий, которые существовали в прошлом, Perseverance стремится сделать еще один шаг вперед, ища признаки прошлой микробной жизни. Кроме того (что крайне важно для тех, кто надеется выращивать пищу на Марсе), марсоход будет собирать образцы камней и почвы и хранить их в рамках подготовки к потенциальной будущей роботизированной миссии по доставке их на Землю для анализа. А пока ученым остается работать только с имитационными грунтами. Однако предстоит еще многому научиться. Например, вместо привязки к отдельным видам программа MELiSSA предпочитает оценивать растения в пределах замкнутой, поддерживающей жизнь экосистемы. Преимущества съедобной биомассы, производства кислорода и даже очистки воды сбалансированы с ресурсами для выращивания каждого растения и управления их отходами. Но для прогнозирования урожайности на Марсе потребуется более фундаментальное понимание биологии растений. «Речь идет о молекулярном уровне, — говорит Пайль. — Нам нужно охарактеризовать то, что происходит под землей, например, при корневом дыхании: как газы, такие как кислород, попадают в корень, и как на самом деле выделяется углекислый газ». Барьеры для роста Даже если будет разработан подходящий имитатор, есть еще другие проблемы, которые необходимо преодолеть. Марс находится на орбите примерно на 70 миллионов километров дальше от Солнца, чем Земля. В результате солнечный свет дает только 43% энергии, а средняя температура составляет около -60°C. Кроме того, из-за наклона планеты и эллиптической орбиты сезонные колебания чрезвычайно велики. Еще одним препятствием является марсианская атмосфера, которая намного тоньше земной и не имеет азота, необходимого для роста растений. Вместо этого в ней преобладает углекислый газ, который жизненно важен для фотосинтеза, но его концентрация настолько низкая, что любым растениям, растущим на поверхности, будет сложно его использовать в достаточном количестве, чтобы стимулировать рост. Тонкая атмосфера также подвергает марсианский грунт космическому излучению. Это создает враждебную среду для любых микроорганизмов. Дженнифер Уодсворт из Центра астробиологии Великобритании показала, что солнечное излучение может активировать соединения хлора в марсианской почве, превращая их в токсичные соли перхлората. Они ядовиты при употреблении в пищу и могут привести к гипотиреозу, который блокирует высвобождение гормонов, регулирующих метаболизм. Ядовитые тяжелые металлы, такие как кадмий, ртуть и железо, обнаруженные в почве, также создают проблемы. «Все ядовитое для людей, что вы можете представить себе в тяжелых металлах, находится в этих почвах, — говорит Вигер Вамелинк. — Для растений это не проблема. Но если мы будем употреблять их в пищу, то это может стать проблемой для нас». Другим вариантом могут быть беспочвенные методы, уже используемые на Земле. Аэропоника (процесс выращивания в воздушной среде) обеспечивает питательными веществами растения, подвешенные в воздухе. Их корни опрыскиваются аэрозолем. Также существует гидропоника, при которой корни окунаются в питательную жидкость. Эти подходы позволяют производить более крупные и быстрорастущие сельскохозяйственные культуры. Такие способы уже использовали для успешного выращивания салата на Международной космической станции (МКС). На самом деле астронавты были так довольны своим урожаем, говорит Вамлинк, что вернувшиеся домой ученые были разочарованы количеством образцов салата, привезенных для анализа, так как было съедено слишком много. Дефицит калорий Несмотря на популярность салата с МКС, одного лишь сельского хозяйства с использованием воздуха или воды может быть недостаточно, чтобы поддерживать астронавтов в дальних полетах на Марс (снова возникает проблема выращивания картофеля). «Выращивать картофель с помощью беспочвенных методов очень сложно, и просто есть салат и помидоры недостаточно, потому что вам нужны калории», — объясняет Вигер Вамлинк. Картофель намного лучше растет в почве, где можно получить больше урожая с кубического метра, а органические вещества, которые не употребляются в пищу, легко будет переработать. Независимо от того, выращена ли еда в почве, воде или воздухе, она, вероятно, будет играть более важную роль в любом марсианском поселении, чем просто пищевую. Полноценный обед окажется бесценным для психического здоровья и комфорта любого космонавта-первопроходца, живущего в миллионах километров от дома. Кто знает, может, все-таки в меню будут ржаной хлеб и мусс из редиса. По материалам статьи «Turning the Red Planet green: How we’ll grow crops on Mars» Science Focus