2016 年、Wageningen 大学の植物生態学者である Wieger Wamelink は、オランダの New World Hotel で 50 人のゲストと一緒にユニークな食事を楽しみました。
メニューを一目見ただけでは、物事は十分に普通に見えたかもしれませんが、少しシェフのように見えるかもしれません – エンドウ豆のピューレの前菜から始まり、ライ麦パンとラディッシュ フォームを添えたポテトとイラクサのスープ、最後にニンジンのシャーベットが続きます。
しかし、これほど特別な機会となったのは、食事を作るために使用されたすべての野菜が、Wamelink と彼のチームによってシミュレートされた火星と月の土壌で栽培されたということでした.
それ以来、地球上で収集された砕石火山岩を使用して生成されたシミュレーション土壌を使用して、キノア、クレソン、ルッコラ、トマトなど、印象的な 10 種類の作物を栽培してきました。チームは、岩石の粒子をさまざまなサイズに等級分けし、火星の土壌のローバー分析に一致する比率でそれらを混合することにより、模擬土壌を生成しました。
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土壌は当初、ローバーと宇宙服が地球上でテストされ、火星と月の表面物質をどれだけうまく処理できるかを確認できるように開発されました。土壌が実際に耕作できると考えた人はほとんどいませんでした.
最初は、土壌の質感に関する懸念がありました。特に、モデルの月の土壌を養殖しようとする初期の試みが、植物の根に穴を開けた非常に鋭い岩の破片の結果として苦労したためです。しかし、火星では、太古の水の動きと進行中の風食により、はるかに寛容な表面が惑星に残されており、シミュレーション土壌が成功していることが証明されています.
栄養学的には、「火星の」作物と地元の土壌で栽培されたものとの間に違いはなく、風味に関しては、トマトの甘さに最も感銘を受けたと Wamelink は言います。
Wamelink と彼のチームは現在、シミュレーションの火星土壌に窒素が豊富な人間の尿を注入することによって作物収量を改善しようとしています。彼はまた、大気中の窒素をより多く固定し、火星の土壌に存在する有毒な過塩素酸塩を餌とするバクテリアを導入することも計画しています.
他の場所では、ペンシルベニア州のビラノバ大学で、エド・ギナン教授とアリシア・エグリンがレッド・サムズ・プロジェクトを率いており、独自の火星の模擬生物の養殖にいくつかの成功を収めています.
ビラノバの研究者は、最初はモハベ砂漠で集められた岩石に由来していましたが、動物が穴を掘ったり食べたりすることで死んだ有機物から窒素を放出する能力があるため、ミミズ養殖場でモデル土壌を増強しました。
Red Thumbs プロジェクトは、Guinan と Eglin のチームが大麦とホップの生産に成功した後、国際メディアが火星のビールの可能性に興奮した 2018 年に見出しを飾りました。
好きなだけサラダ、ただしチップスなし
数年後、Guinan と Eglin は、トマト、ニンニク、ほうれん草、バジル、ケール、レタス、ルッコラ、タマネギ、ラディッシュを温室に追加しました。収穫の質はさまざまですが、成功したものの中で最も重要なものはケールで、これは実際には地元の土壌よりも模擬火星の土壌でよく育ちました.
必要性が高くカロリーの高いジャガイモなど、他の作物は苦戦しました。じゃがいもはゆるくて圧縮されていない土を好むことがわかり、水をやったときに類似の土が重くて浸透しにくくなったため、成長できず、じゃがいもが窒息してしまいました.
エグリンは、成功への鍵は、単一種の設定よりも自然な生態系を享受できる低収量作物を栽培することであると考えています.地球上でさえ、農業の単一栽培は、成長している 1 つの植物に不可欠な栄養素が徐々に枯渇し、収穫のたびに補充されないため、時間の経過とともに苦しむことがよくあります.
この影響を打ち消すために、農家は同じ栽培地域に二次種を導入することがよくあります。これらは根系が浅いため、主要作物と競合することはありませんが、土壌肥沃度を改善するために追加の窒素固定を提供します. Eglin は現在、重要なタンパク源となる可能性のある大豆と、カリブ海のシチュー カラルーで使用されることで有名な葉物野菜であるアカザと一緒にトウモロコシを栽培することで、これをテストすることを計画しています。
しかし、これらのプロジェクトがいかに成功したとしても、疑似土壌には非常に現実的な制限があることを覚えておく必要があります、と ESA の Christel Paille は説明します。彼女は、宇宙飛行士の排泄物を空気、水、食品にリサイクルするバクテリア バイオリアクターなど、長距離の有人ミッションで使用するためのさまざまな技術を調査しているマイクロ生態系生命維持システム代替プログラム (MELiSSA) に関与しています。
MELiSSA は Wamelink に支援を提供しましたが、Paille は、モデル土壌からの成功は、それらが限られた地理的サンプリングに基づいているという事実を考慮に入れる必要があると指摘します.
「これはベースラインですが、おそらく火星表面のどの場所にも一般化できるものではありません。私たちは常に類似物質について非常に慎重です。 1 つの類似体で [火星表面の] すべての特徴を捉えるのは非常に困難です」と彼女は言います。
おそらく、これを回避する唯一の方法は、火星の表面からサンプルを収集して地球に戻すことです。 7 月 30 日、NASA の Perseverance Rover はフロリダ州のケープカナベラルから打ち上げられ、その照準は火星のジェゼロ クレーターにある古代の川デルタ堆積物に設定されました。すべてが計画通りに進めば、来年の 2 月には火星で最も肥沃な土地と考えられている場所に探査機が到達することになります。
プルトニウムベースの電源システムのおかげで、ローバーは火星の表面を分析するのに最大 10 年を費やすことができるはずです。以前のミッションでは、過去に存在した居住可能な状態の兆候を探していましたが、Perseverance は、過去の微生物生命の兆候を探すことで、さらに一歩進むことを目指しています。
また、火星で食物を栽培することを期待している人々にとって非常に重要なことに、ローバーは岩石や土のサンプルを収集し、分析のためにそれらを地球に戻す潜在的な将来のロボットミッションに備えてそれらを保存します.それまでは、シミュレーションの土壌だけで作業を行う必要があります。
その間に学ぶべきことはまだたくさんあります。たとえば、Paille の MELiSSA プログラムは、個々の種にコミットするよりも、自己完結型の生命維持生態系内の植物を評価することを好みます。
ここでは、食用バイオマス、酸素生産、さらには水処理の利点と、各植物の成長と廃棄物の管理のための資源とのバランスがとれています。しかし、火星での作物のパフォーマンスを予測するには、植物生物学のより基本的な理解が必要です。
「それは分子スケールにまで下がることです」と Paille は言います。 「根の呼吸など、地下で何が起こっているかを特徴付ける必要があります。酸素などの気体がどのように取り込まれ、根に供給されるか。そして、生成された二酸化炭素は実際にどのように拡散するのでしょうか?」
成長の障壁
適切な類似体が開発されたとしても、克服すべき課題は他にもあります。火星は、地球よりも太陽から約 7000 万キロメートル離れた軌道にあります。その結果、太陽光は 43% のエネルギーしか供給できず、平均気温は約 -60°C にとどまります。また、惑星の傾きと高度に楕円軌道のため、季節変動は極端です。
もう 1 つのハードルは、火星の大気です。大気は地球よりもはるかに薄く、植物の成長に不可欠な窒素が不足しています。代わりに、光合成に不可欠な二酸化炭素が支配的ですが、濃度が非常に低いため、表面で成長している植物は成長を促進するのに十分な量を利用するのに苦労します.
薄い大気はまた、火星の土壌を宇宙放射線にさらします。これは、死んだ植物から栄養素をリサイクルするために導入する可能性のある微生物にとって敵対的な環境を作り出します.
また、英国宇宙生物学センターのジェニファー・ワズワースは、太陽放射が火星の土壌中の塩素化合物を活性化し、有毒な過塩素酸塩に変えることを示しました.これらは食べると有毒であり、代謝調節ホルモンの放出を妨げる甲状腺機能低下症を引き起こす可能性があります.土壌に含まれるカドミウム、水銀、鉄などの有毒な重金属も、独自の課題をもたらします。
「重金属に関して考えることができる人々にとって有毒なものはすべて、それらの土壌にあります」とWamelinkは言います. 「植物にとっては、どこかに保管するので問題ありません。でも、もし私たちがそれらの植物を食べたら、[私たちにとって問題]になるかもしれません。」
もう 1 つの選択肢は、地球上ですでに使用されているソイルレス技術かもしれません。エアロポニックスでは、植物が空中に浮遊し、根に栄養ミストが噴霧されます。あるいは、水耕栽培では根を栄養価の高い液体に浸します。
これらのアプローチは、より大きく成長の早い作物を生産することができ、国際宇宙ステーション (ISS) でのレタスの栽培にすでに成功しています。実際、宇宙飛行士たちは収穫にとても満足していた、と Wamelink は言います。故郷の科学者たちは、食べ過ぎて分析のために返されたレタスのサンプルの量に失望していました.
カロリー不足
ISS レタスの人気にもかかわらず、空中または水上農業だけでは、火星への長距離旅行で宇宙飛行士を維持するには不十分かもしれません。これもジャガイモの栽培の問題のおかげです。
「水耕栽培でじゃがいもを育てるのは非常に難しく、レタスやトマトを食べるだけでは十分ではありません。カロリーが必要だからです」と Wamelink は言います。 「じゃがいもは、1 立方メートルあたりの収穫量が多く、食べない有機物をリサイクルできる土壌でよく育ちます。」
土壌、水、霧の多い空気のいずれで栽培された場合でも、火星の前哨基地では、食物は単純な栄養上の役割以上の役割を果たす可能性があります.適切な食事をとることは、家から何百万キロも離れた場所に住む先駆的な宇宙飛行士の精神的健康と快適さにとって非常に貴重であることがわかります.結局、ライ麦パンと大根の泡がメニューにあるかもしれません.
- この記事は、BBC Science Focus の第 354 号に最初に掲載されました – 購読方法はこちら
