Ziemniaki na Księżycu? Naukowcy sprawdzili, czy da się je tam uprawiać

Tymczasem naukowcy traktują ten pomysł całkiem poważnie.

Badacze z NASA i Uniwersytetu Stanu Oregonu sprawdzili, czy księżycowy grunt da się „oswoić” tak, by utrzymał życie roślin. Na cel wzięli właśnie ziemniaki – kaloryczne, odporne i dobrze znane z rolnictwa na Ziemi.

Dlaczego akurat ziemniaki miałyby żywić astronautów

Z perspektywy planowania długich misji załogowych ziemniaki są niemal idealne. W małej objętości dostarczają sporo energii, błonnika, składników mineralnych i witamin. Dobrze znoszą chłodniejsze warunki, tworzą bulwy pod ziemią i można je stosunkowo łatwo rozmnażać.

Dla agencji kosmicznych takich jak NASA to ogromna zaleta. Im więcej jedzenia da się wyprodukować na miejscu, tym mniej trzeba wieźć z Ziemi, a każdy kilogram ładunku startujący z rakiety kosztuje gigantyczne pieniądze. Samo pakowanie kilkumiesięcznego prowiantu dla kilkuosobowej załogi to poważne ograniczenie logistyczne.

Aby rośliny mogły rosnąć poza Ziemią, trzeba im zapewnić trzy podstawowe rzeczy:

• substrat, który utrzyma korzenie i dostarczy składników mineralnych,
• wodę i kontrolowaną wilgotność,
• odpowiednie światło oraz temperaturę.

Na Księżycu najtrudniej o pierwsze z tych ogniw. Naturalny „grunt” na jego powierzchni w niczym nie przypomina zwykłej ziemi ogrodowej.

Regolit: pył, który wszystko zarysuje, ale niczego nie odżywi

Księżyc pokrywa cienka warstwa pyłu i pokruszonych skał, nazywana regolitem. To produkt miliardów lat uderzeń mikrometeoroidów i promieniowania. Drobiny są ostre, kanciaste, pełne krzemianów i tlenków metali. Nadają się świetnie do niszczenia uszczelek skafandrów, rysowania szyb i zapychania mechanizmów, ale nie do karmienia roślin.

W tym materiale nie ma w ogóle materii organicznej, próchnicy ani mikroorganizmów, które na Ziemi nieustannie rozkładają resztki i uwalniają związki odżywcze. To sterylny, nieprzyjazny proszek.

Zrobienie z jałowego księżycowego pyłu czegoś, co podtrzyma życie roślin, wymaga całej serii zabiegów – od zmiany chemii po wprowadzenie życia mikrobiologicznego.

Dlatego zespół z Oregonu postanowił najpierw odtworzyć taki materiał na Ziemi. To jedyny rozsądny sposób, bo prawdziwy księżycowy grunt jest rzadki, cenny i używany głównie do badań w niewielkich ilościach.

Jak z wulkanicznego popiołu zrobić „księżycową ziemię”

Biolog kosmiczny David Handy przygotował w laboratorium mieszankę mielonych minerałów i popiołu wulkanicznego. Skład chemiczny i struktura miały możliwie wiernie naśladować próbki regolitu przywiezione przez misje Apollo. Tak powstał sztuczny odpowiednik księżycowego pyłu.

To wciąż był tylko „piasek plus skała”. Brakowało tego, co na polach na Ziemi zrobiliby za darmo dżdżownice, bakterie i grzyby: naturalnego przerobu materii, tworzenia struktury i wiązania składników pokarmowych w formę dostępną dla roślin.

Rola dżdżownic i bakterii w kosmicznym ogrodnictwie

Aby nadać temu materiałowi choć trochę życia, badacze sięgnęli po organizmy, które od wieków są sprzymierzeńcami rolników. Do sztucznego regolitu dodali m.in. dżdżownice oraz wybrane mikroorganizmy glebowe. Ich zadaniem było przekształcenie mineralnego proszku w bardziej złożone środowisko.

Dżdżownice rozdrabniają, mieszają i napowietrzają glebę. Pozostawiają po sobie odchody bogate w związki mineralne. Bakterie i grzyby rozkładają to, co organiczne, wiążą azot i wpływają na dostępność fosforu czy potasu. Nawet niewielka liczba takich organizmów może z czasem zmienić charakter podłoża.

Według badań Anna-Lisy Paul, biolog molekularnej z Florydy, przekształcenie „zwykłego wiadra piasku” w przyjazne środowisko dla roślin wymaga precyzyjnego sterowania składem mineralnym, wodą i życiem mikrobiologicznym.

Połączenie zbliżonej do księżycowej mieszanki mineralnej z żywymi organizmami stworzyło bazę do właściwego eksperymentu: sprawdzenia, jak zareagują na nią ziemniaki.

Eksperyment: ziemniaki w symulowanym księżycowym gruncie

W kontrolowanych warunkach laboratoryjnych badacze umieścili bulwy w przygotowanym sztucznym regolitu, dostarczając im odpowiednią ilość wody i światła. Temperaturę utrzymywano w zakresie korzystnym dla tych roślin, bo ekstremalne księżycowe wahania – od głębokiego mrozu po upał – na razie nie wchodzą w grę.

Kluczowe było sprawdzenie, czy:

• korzenie w ogóle wnikną w tak nietypowy materiał,
• roślina poradzi sobie z ostrymi drobinami i specyficzną chemią,
• będzie w stanie budować bulwy o sensownej wielkości.

Wyniki okazały się obiecujące. Rośliny potrafiły wykorzystać zmodyfikowane podłoże, a ich rozwój wskazywał, że przy odpowiednim „dopingu” biologicznym ziemniaki mogą rosnąć w czymś bardzo zbliżonym do księżycowego gruntu. Nie są to jeszcze plony gotowe na karmienie całej załogi stacji księżycowej, ale pokazują, że fizyczne ograniczenia podłoża da się częściowo obejść.

Co takie badania mówią o przyszłych bazach kosmicznych

Uprawa roślin poza Ziemią to jeden z filarów koncepcji długowiecznych baz kosmicznych. Rośliny nie tylko dostarczają jedzenia. Pomagają też oczyszczać powietrze z dwutlenku węgla, produkują tlen, zmniejszają zapotrzebowanie na transport wody (przez obieg zamknięty) i poprawiają samopoczucie załogi.

Gdy myślimy o przyszłym habitacie na Księżycu, trzeba połączyć kilka technologii:

W takim układzie lokalny materiał – księżycowy pył – staje się tylko szkieletem. Nawet jeśli sam z siebie jest jałowy, można go wzbogacać. Zamiast przywozić z Ziemi ciężkie worki ziemi, wystarczy niewielki „starter” mikroorganizmów i dżdżownic, a resztę zapewni środowisko urządzone w bazie.

Czy to jeszcze science fiction, czy już plan na kolejne dekady

Motyw roślin na obcych ciałach niebieskich powraca w filmach i literaturze od lat. Wielu widzów pamięta ujęcia z „Marsjanina”, gdzie główny bohater organizuje kartoflisko w marsjańskim module. Badania takie jak te z Oregonu pokazują, że scenarzyści wcale nie fantazjowali bez granic.

Astronauci żyjący miesiącami na Księżycu będą potrzebować świeżej żywności. Liofilizowane porcje z Ziemi szybko się znudzą, a ich uzupełnianie będzie drogie i podatne na ryzyko opóźnień. Własny miniogród z ziemniakami, sałatą czy rzodkiewką może stać się elementem codziennej rutyny, czymś w rodzaju „kosmicznej działki”.

Największe przeszkody wciąż pozostają natury technicznej: trzeba chronić rośliny przed promieniowaniem, mikro meteoroidami, ekstremalnymi zmianami temperatury i niską grawitacją. Do tego dochodzi złożone sterowanie wilgotnością oraz składnikami mineralnymi w nietypowym podłożu.

Co ten eksperyment zmienia w naszym myśleniu o rolnictwie poza Ziemią

Badania nad ziemniakami w symulowanym regolitu mają jeszcze jeden wymiar: pozwalają lepiej zrozumieć, jak niewiele trzeba, by „martwy” materiał stał się częścią żywego systemu. Okazuje się, że kluczowe są drobne elementy – mikroorganizmy, dżdżownice, precyzyjnie dobrana chemia – a niekoniecznie wielkie, spektakularne technologie.

Takie eksperymenty mogą też wrócić na Ziemię w formie praktycznych zastosowań. Wiedza zdobyta przy próbach upraw w ekstremalnych warunkach przydaje się przy rekultywacji zdegradowanych terenów, pracy w pustynnym klimacie czy projektowaniu miejskich farm w budynkach. Skoro da się coś wyhodować na „prawie księżycowym” podłożu, jest szansa poradzić sobie również z trudnymi glebami tu, na naszej planecie.

Nauka nad przyszłymi bazami księżycowymi nie ogranicza się więc do rakiet i skafandrów. W grę wchodzą także zupełnie przyziemne kwestie: jakość podłoża, obecność dżdżownic, dobór odmian warzyw. A ziemniak, niepozorny bohater wielu polskich obiadów, może kiedyś zagościć także na talerzach astronautów patrzących na błękitną Ziemię z powierzchni Księżyca.