Зацветут ли яблони на Марсе?


Ученые попытались смоделировать в лаборатории процесс выращивания растений в грунте Марса
16 декабря 2020

Да, еще не так давно вера в возможности человека была безграничной. Песня о яблонях, цветущих на Марсе, казалась не просто красивой метафорой, а изображением реального будущего, в коем никто тогда не сомневался. Впрочем, инерция тех времен сохраняется и поныне, иначе как объяснить объявленные планы скорой колонизации Красной планеты? Так, известный ракетостроитель Илон Маск пообещал отправить первую экспедицию к Марсу уже в 2024 году. Целью первых поселенцев якобы станет организация марсианской базы, на которую затем прибудет очередная партия колонистов. Означенные сроки, конечно же, условные, но дерзость замысла в любом случае впечатляет.

Возможно, мы несколько преувеличиваем, когда думаем, будто знаем о Марсе буквально всё, что нужно для его освоения. Эта уверенность, кстати, в полной мере просматривается в современной научно-фантастической литературе и в фильмах, которые снимают по мотивам подобных произведений.

Пять лет назад на экраны вышел фильм Ридли Скотта «Марсианин», где с помощью компьютерной графики нам ярко и якобы правдоподобно продемонстрировали марсианские реалии. Напомню, главный герой фильма – астронавт Марк Уотни – по случайному стечению обстоятельств остается в полном одиночестве на Красной планете. Чтобы выжить и найти пропитание, он организует самое настоящее тепличное хозяйство, где начинает выращивать картофель прямо в марсианском грунте, удобрив его с помощью фекалий.

Вроде бы, всё просто – смешал мелкие марсианские камушки с навозом, и готово. Но так ли это на самом деле?

Недавно американские ученые попытались провести аналогичный эксперимент в лабораторных условиях, о чем нам сообщает Science News. Исследование проводила команда ученых из Технологического института Флориды под руководством биохимика Эндрю Палмера. Главная задача состояла в том, чтобы проверить, насколько пригоден марсианский грунт для целей растениеводства. Коль уж мы намерены отправлять туда большие экспедиции, то было бы вполне разумно – по примеру упомянутого киногероя – развернуть прямо на месте выращивание растений для еды.

Как выяснилось, чтобы растения прижились, совсем недостаточно перемешать бесплодный грунт с фекалиями. На всякий случай уточним, что растения органику не «едят» - они поглощают из почвы необходимые минеральные компоненты, которые появляются в почвенном субстрате благодаря разложению всё той же органики с помощью микроорганизмов. Есть ли такие микроорганизмы на Марсе? В том-то всё и дело, что их там нет. Здесь принципиальное значение имеет как раз минеральный состав субстрата. Можно, конечно, воспользоваться гидропонными установками, но цель эксперимента, подчеркиваю, заключалось в том, чтобы проверить пригодность для растениеводства именно марсианского грунта.

Для своих исследований ученые выбрали три вида субстрата, более-менее приближенного по основным показателям к марсианскому грунту. В первых двух случаях использовались материалы, добытые на Гавайях и в пустыне Мохаве. Считается, что они чем-то напоминают естественные марсианские «почвы». Третий вид субстрата был изготовлен искусственно в лабораторных условиях из вулканических пород, глин, солей и различных химических элементов, обнаруженных на Красной планете марсоходом NASA Curiosity. То есть третий вариант, по мысли ученых, был максимально приближен к химическому составу того, что имеется на Марсе.

На этих трех видах субстрата были высажены салат-латук и сорняк Arabidopsis thaliana. Растения выращивались при контролируемом освещении, температуре 22 градуса Цельсия и влажности воздуха 70 процентов. Для первых двух вариантов грунта они оказались жизнеспособными. В третьем варианте растения не прижились. Иными словами, чем точнее мы моделируем химический состав марсианской «почвы», тем меньше у нас шансов что-либо вырастить. Ученые прекрасно дают себе отчет в том, что в земных условиях растениям помогают бесчисленные микроорганизмы. Однако поверхность Марса – это совершенно безжизненная пустыня, состоящая из мелких камней. Поэтому с таким грунтом придется основательно поработать, прежде чем на нем начнем что-либо выращивать. Освоить этот процесс с наскока, как поступает в фильме Марк Уотни, не получится. Нужны будут тщательные лабораторные исследования.

Кстати, для первых двух вариантов (где использовались материалы с Гавайев и Мохаве) растения дополнительно удобрялись смесью азота, калия, кальция и другими жизненно важными компонентами. Без этого они также оказались бы нежизнеспособными, как и в третьем варианте. Искусственно созданный грунт вообще не давал растениям никаких шансов, даже при дополнительной минеральной «подкормке». Чтобы повысить шансы, растения вначале выращивали на гидропонике, а потом пересаживали в этот искусственный «марсианский» грунт. Но даже при такой агротехнике они погибали спустя неделю после пересадки.

Ученые заключили, что главная проблема «марсианского» грунта в том, что он имеет очень высокий показатель pH – около 9,5 (в первых двух pH был около 7). Тогда с помощью серной кислоты этот показатель понизили до уровня 7,2. Это продлило жизнь пересаживаемым растениям еще на неделю, но потом они все равно погибли. Есть еще одна проблема, связанная с химическим составом настоящего марсианского грунта. По данным наблюдений, он содержит до двух процентов перхлората кальция – токсичной соли, являющейся сильным окислителем. В экспериментальном субстрате данного вещества не содержалось. Но когда его добавили в субстрат, растения не смогли в нем жить вообще. Отсюда последовал вывод, что перхлораты – очень серьезная проблема для марсианского сельского хозяйства.

Впрочем, некоторые исследователи полагают, что эту проблему можно решить с помощью некоторых земных бактерий, которые в состоянии успешно «утилизировать» такие соли, попутно выделяя из них кислород. Если указанные микроорганизмы доставить на Марс, то они помогли бы колонистам не только избавить грунт от токсичных соединений, но и попутно наладить производство жизненно важного кислорода. В любом случае становится ясно, что для колонизации Красной планеты понадобится тщательное изучения химического состава грунтов на всех участках предполагаемой высадки. Уже сейчас ученые, используя данные наблюдений, научились искусственно составлять несколько типов марсианских грунтов.

Подобные коллекции могут использоваться в качестве испытательных стендов для агротехнических экспериментов. Ученые пытаются понять, какие компоненты необходимо вносить в марсианские «почвы», чтобы сделать растения жизнеспособными. И один принципиально важный вывод уже сделан: выращивать растения на таких «почвах» – совсем не так просто, как это показано в фильме «Марсианин».

Николай Нестеров