Czy ziemniaki wyżywią astronautów na Księżycu? Nauka ma już pierwsze dane

Pomysł sadzenia ziemniaków na Księżycu brzmi jak żart z filmu science fiction.

Naukowcy traktują go jednak śmiertelnie poważnie.

W nowych eksperymentach zespół badaczy z NASA i Uniwersytetu Stanowego Oregonu sprawdza, czy da się zmienić jałowy księżycowy pył w coś, co przypomina glebę. Pierwsze wyniki sugerują, że bulwy faktycznie mogą mieć tam przyszłość – ale tylko z pomocą sprytnych sztuczek biologicznych rodem z Ziemi.

Dlaczego akurat ziemniaki mają szansę stać się „warzywem kosmicznym”

Dla planistów misji załogowych w głąb kosmosu żywność to nie dodatek, ale kluczowa część logistyki. Nie da się w nieskończoność dowozić wszystkiego z Ziemi. Każdy kilogram ładunku kosztuje fortunę, a im dalej od naszej planety, tym większe opóźnienia i ryzyko. Stąd rosnące zainteresowanie uprawami na miejscu – najpierw na orbicie, później na Księżycu i Marsie.

Przeczytaj również: Nie wyrzucaj starych róż: trik z drutem, który robi cud w ogrodzie

Ziemniak pasuje tu idealnie. Ma wysoką gęstość kaloryczną, dużo skrobi, błonnika, witamin i składników mineralnych. W sprzyjających warunkach rośnie szybko, daje spory plon z niewielkiej powierzchni i wytrzymuje chłodniejsze temperatury. To marzenie dietetyków i inżynierów pracujących nad bazami kosmicznymi.

Problem? Księżyc nie ma gleby w naszym ziemskim rozumieniu. Ma pylistą warstwę zwaną regolitem – drobny, szary proszek powstały z rozbitych skał, absolutnie jałowy, bez życia, bez mikroorganizmów, bez materii organicznej. Z punktu widzenia roślin to bardziej budowlany kruszywo niż cokolwiek, w czym dałoby się zapuścić korzenie.

Przeczytaj również: Co zrobić w marcu, żeby trawnik był gęsty i bez mchu aż do lata

Jak z budowlanego pyłu zrobić coś, co przypomina glebę

W laboratoriach nie używa się oczywiście prawdziwego księżycowego materiału, bo tego jest bardzo mało. Naukowcy tworzą więc jego zamienniki. Zespół z Oregonu opracował specjalną mieszankę rozdrobnionych minerałów i popiołów wulkanicznych, która pod względem składu chemicznego i struktury dość wiernie naśladuje to, co znamy z próbek przywiezionych przez misje Apollo.

Badacze porównują swoją pracę do próby ożywienia „wiadra nieorganicznego piasku”. Trzeba nadać mu cechy żywej gleby, w której korzeń rośliny ma co „jeść” i do czego się przyczepić.

Taki sztuczny regolit nie ma żadnych składników odżywczych ani życia mikrobiologicznego. To duże wyzwanie, bo na Ziemi rośliny korzystają z całej sieci organizmów glebowych: bakterii, grzybów, nicieni, pierwotniaków i oczywiście dżdżownic. Bez nich obieg substancji odżywczych praktycznie nie istnieje.

Przeczytaj również: Chlorofitum pająkowaty w formie na lato: 6 wiosennych kroków dla gęstych liści

Dżdżownice i mikroby – tajna broń ziemskich ogrodników w kosmosie

Kluczowym pomysłem badaczy jest dodanie „biologicznego startera”, który uruchomi w martwym materiale coś na kształt ziemskiego ekosystemu glebowego. W eksperymentach pojawiają się więc:

• dżdżownice, które spulchniają materiał i mieszają go z resztkami organicznymi,
• bakterie i grzyby rozkładające martwą materię,
• domieszki kompostu lub biocharu, czyli węgla powstałego z roślin.

Dżdżownice pełnią tu rolę miniaturowych inżynierów środowiska. Przegryzają się przez ziarenka sztucznego regolitu, tworzą kanaliki, poprawiają retencję wody i ułatwiają korzeniom dostęp do tlenu. To bardzo podobny proces do tego, który od tysięcy lat zachodzi w zwykłym ogródku.

Badacze sprawdzają różne warianty mieszanek: od „gołego” sztucznego pyłu po substraty wzbogacone w określone mikroorganizmy i organiczne dodatki. Interesuje ich nie tylko to, czy ziemniak w ogóle wypuści pędy, ale też jak wygląda masa bulw, system korzeniowy i wrażliwość na stres, np. zasolenie czy suszę.

Co już udało się osiągnąć w laboratorium

Na razie prowadzone są kontrolowane eksperymenty, w których każdy składnik i każdy parametr ma znaczenie. Naukowcy regulują wilgotność, oświetlenie, temperaturę, zawartość składników mineralnych. Tylko dzięki temu da się oddzielić wpływ samego „księżycowego” podłoża od reszty czynników.

Wyniki sugerują, że sam pył księżycowy, nawet uzupełniony nawozem mineralnym, nie wystarczy. Rośliny potrzebują pełniejszej, żywej struktury gleby. To trochę tak, jakby człowiek dostawał tylko czyste tabletki z witaminami, bez normalnego jedzenia – da się przeżyć, ale organizm nie funkcjonuje tak, jak powinien.

Dodanie organizmów glebowych i materii organicznej zaczyna zmieniać martwy materiał w środowisko, które roślina potrafi „czytać” i wykorzystywać, co zbliża je do naturalnych gleb na Ziemi.

Co na to długie misje księżycowe

Dla NASA każda taka próba to test elementu przyszłego ekosystemu bazy. Jeśli uda się utrzymać stabilną uprawę ziemniaków w warunkach zbliżonych do księżycowych, załogi misji zyskają lokalne źródło pożywienia, a w dłuższej perspektywie również tlenu i surowców do recyklingu odpadów organicznych.

Inżynierowie widzą tu też korzyść psychologiczną. Opieka nad roślinami, możliwość zjedzenia czegoś świeżego, samodzielnie wyhodowanego, poprawia samopoczucie i zmniejsza stres. Astronauci z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej wielokrotnie podkreślali, jak duże znaczenie mają dla nich choćby małe poletka sałaty czy rzodkiewki.

Największe przeszkody przed „księżycowym polem ziemniaczanym”

Nawet jeśli sztuczny regolit z dodatkami działa w laboratorium na Ziemi, na miejscu pojawi się wiele dodatkowych trudności. Księżyc ma niższe przyciąganie, brak atmosfery, ogromne wahania temperatury i stałe bombardowanie promieniowaniem kosmicznym oraz mikrometeorytami.

Dlatego każda realna uprawa musi znaleźć się w osłoniętej przestrzeni: pod kopułą, w zakopionych modułach albo w specjalnych tunelach. Do tego dochodzi problem wody, której na Księżycu prawdopodobnie nie brakuje w postaci lodu, ale trzeba ją pozyskiwać, oczyszczać i stale odzyskiwać z obiegu w bazie.

• trzeba zaprojektować moduły uprawne odporne na kurz i promieniowanie,
• należy zautomatyzować podlewanie i kontrolę składu atmosfery,
• konieczne będzie szybkie reagowanie na choroby roślin i awarie systemów,
• trzeba opracować odmiany ziemniaka dobrze znoszące stres środowiskowy.

Do tego dochodzą kwestie etyczne i techniczne związane z wprowadzaniem ziemskiego życia do zupełnie innego ciała niebieskiego. Na Księżycu ryzyko „zakażenia” jest mniejsze niż na Marsie, ale agencje kosmiczne i tak muszą trzymać się rygorystycznych zasad bezpieczeństwa biologicznego.

Co ta praca mówi nam o samej glebie

Badania nad uprawą w sztucznym regolice mają ciekawy efekt uboczny: zmuszają naukowców, by bardzo dokładnie przeanalizowali, co w ogóle sprawia, że gleba nadaje się do życia. Okazuje się, że sama obecność minerałów i wody to za mało. Równie ważna jest ich organizacja, porowatość, obecność mikroorganizmów i „historia” danego miejsca.

To prowadzi do lepszego zrozumienia procesów zachodzących także w naszych polach i ogrodach. Widać wyraźniej, jak duży udział w zdrowiu roślin mają elementy, które często bagatelizujemy: żywa materia organiczna, różnorodność biologiczna czy struktura gleby niszczona przez zbyt intensywną orkę.

Kiedy człowiek próbuje od zera zbudować glebę dla roślin w całkowicie martwym materiale, docenia, jak skomplikowanym i delikatnym systemem jest to, co na Ziemi często nazywamy zwykłą „ziemią”.

Czego można się spodziewać w kolejnych latach

Następnym krokiem będą bardziej złożone eksperymenty, w których ziemniaki trafią do systemów imitujących nie tylko chemiczny skład regolitu, ale też inne księżycowe warunki: mniejszą grawitację, inny cykl dnia i nocy, większe dawki promieniowania. Pojawi się też potrzeba testowania całych mini-ekosystemów, w których resztki po zbiorze jednej rośliny staną się zasobem dla kolejnej.

Takie prace z jednej strony przybliżają wizję bazy na Księżycu, w której astronauci sami uprawiają żywność. Z drugiej mogą dać narzędzia przydatne tu, na Ziemi – na przykład do przywracania życia zdegradowanym glebom, rekultywacji terenów poprzemysłowych czy tworzenia bardziej efektywnych, zamkniętych systemów upraw miejskich.

Warto też pamiętać, że ziemniaki nie są jedynymi kandydatami do „kosmicznej szklarni”. Równolegle trwają prace nad sałatą, zbożami, roślinami strączkowymi czy algami. Bardzo możliwe, że przyszła dieta astronautów okaże się mieszanką kilku takich źródeł, dopasowaną do ograniczonej przestrzeni i zasobów bazy.

Choć do pierwszych prawdziwych grządek na Księżycu jeszcze daleko, dzisiejsze eksperymenty pokazują jedno: fikcja z powieści i filmów, w których bohaterowie sadzą ziemniaki poza Ziemią, coraz mocniej styka się z rzeczywistością laboratoriów. A od tego już tylko krok do projektów, które kiedyś zobaczymy w planach prawdziwych księżycowych habitatów.