Ideja o trajnom ljudskom boravku izvan Zemlje već desetljećima je jedan od ključnih ciljeva svemirskih agencija. U tom horizontu Mars se sve jasnije ističe kao sljedeći mogući dom čovječanstva, iako je riječ o jednom od najzahtjevnijih znanstvenih i inženjerskih pothvata dosad.
Danas je Crveni planet daleko od nekadašnjeg svijeta s gustom atmosferom. Tijekom milijardi godina izgubio je svoj zaštitni omotač i pretvorio se u okoliš koji je jedva prepoznatljiv životu kakav postoji na Zemlji. Atmosfera je vrlo rijetka i bogata ugljikovim dioksidom, tlak je manji od 1 % zemaljskog, a temperature se kreću od oko –90 °C do najviše 26 °C. Uz stalno zračenje iz svemira i nedostatak kisika, postaje jasno da izgradnja skloništa na Marsu nije samo pitanje zidova nego stvaranja zatvorene oaze koja može podnijeti neprijateljske uvjete.
Dovoženje građevinskog materijala sa Zemlje bilo bi preskupo i logistički gotovo neizvedivo. Zbog toga se sve veći naglasak stavlja na in situ korištenje resursa (ISRU), odnosno na tehnologije koje bi koristile ono što Mars već nudi. U tom se kontekstu otvara neočekivana mogućnost: da mikroorganizmi postanu ključni partneri u izgradnji prvih marsovskih naselja.
Biomineralizacija i biocement: lekcije iz Zemljine povijesti
Na Zemlji je život započeo jednostavnim mikroorganizmima u plitkim vodama i morima. Ti su “tihi inženjeri” tijekom vremena preoblikovali planet, od stvaranja atmosfere bogate kisikom do izgradnje vapnenačkih stijena i koraljnih grebena. Novi rad objavljen u časopisu Frontiers in Microbiology nastavlja tu priču, ali ovaj put s pogledom usmjerenim prema Marsu.
Međunarodni tim znanstvenika istražuje proces biomineralizacije, prirodnu pojavu u kojoj mikroorganizmi poput bakterija, gljiva i mikroalgi stvaraju minerale kao dio svojega metabolizma. Biomineralizacija je tijekom milijardi godina oblikovala Zemljine krajolike, a posebno su zanimljive vrste koje se snalaze ne samo u oceanima i jezerima nego i u ekstremnim uvjetima poput kiselih jezera, vulkanskih tala i dubokih špilja. Upravo ta prilagodljivost čini ih potencijalnim kandidatima za rad u marsovskim uvjetima.
Vođeni podacima o sastavu marsovskog tla (regolita) koje su prikupili roveri na površini, autori rada analiziraju različite mikrobne putove mineralizacije. Cilj je otkriti koje kombinacije mogu stvarati dovoljno čvrste građevinske materijale za buduća marsovska naselja, a da se pritom što je moguće više izbjegne rizik kontaminacije između planeta.
Među razmatranim pristupima ističe se biocementacija, proces u kojem mikroorganizmi pri sobnoj temperaturi stvaraju prirodne cementne materijale, prije svega kalcijev karbonat. Takav “biocement” mogao bi povezati čestice regolita u monolitne blokove ili elemente usporedive s betonom.
Dvije bakterijske vrste kao temelj marsovskih građevina
U središtu istraživanja nalazi se suradnja dviju specifičnih bakterijskih vrsta. U središtu istraživanja nalazi se suradnja dviju specifičnih bakterijskih vrsta. Prva je Sporosarcina pasteurii, dobro poznata po tome što razgradnjom uree uz pomoć enzima ureaze taloži kalcijev karbonat. Druga je cijanobakterija Chroococcidiopsis, izuzetno otporna vrsta koja preživljava u ekstremnim uvjetima i koja je već ispitivana u simuliranim marsovskim okruženjima.
U predloženom sustavu Chroococcidiopsis obavlja nekoliko ključnih uloga. Fotosintezom oslobađa kisik i tako stvara povoljniji mikrookoliš za Sporosarcina pasteurii. Istodobno, izlučuje izvanstanične polimerne tvari koje djeluju kao štit protiv štetnog UV zračenja na površini Marsa, štiteći osjetljivije mikrobe u neposrednoj blizini.
Sporosarcina pasteurii zauzvrat luči prirodne polimere koji potiču rast mineralnih struktura i učvršćuju regolit. U takvoj sinergiji rasuti marsovski pijesak mogao bi se postupno pretvarati u čvrst materijal sličan betonu, pogodan za izradu blokova ili za slojevito nanošenje.
Znanstvenici zamišljaju mješavinu tih bakterija i marsovskog regolita kao svojevrsnu sirovinu za 3D ispis u budućim kolonijama. Na spoju astrobiologije, geokemije, znanosti o materijalima, građevinskog inženjerstva i robotike takav sustav mogao bi bitno promijeniti način na koji se razmišlja o gradnji na Marsu i prisiliti inženjere da ponovno osmisle cijeli proces projektiranja i proizvodnje u izvanterestričnom okruženju.
Mikrobni sustav, međutim, nudi potencijal i izvan same gradnje. Zbog sposobnosti proizvodnje kisika Chroococcidiopsis bi mogao doprinijeti ne samo stabilnosti nastambi nego i sustavima za održavanje života posade. Na duljim vremenskim razmjerima, amonijak koji nastaje kao nusprodukt metabolizma Sporosarcina pasteurii mogao bi se iskoristiti kao dio zatvorenih poljoprivrednih sustava, pa čak i kao jedna od karika u širem procesu djelomičnog terraformiranja Marsa.
Od laboratorijskih simulacija do gradilišta na Marsu
Iako međunarodne svemirske agencije za 2040-e planiraju postavljanje prvih trajnih ljudskih nastambi na Marsu, put prema tome tek je otvoren. Program povratka uzoraka s Marsa, ključan za detaljno proučavanje regolita i testiranje tehnologija gradnje, suočava se s ponovljenim odgodama. To ograničava mogućnost da se koncepti poput biocementacije brzo ispitaju na stvarnom marsovskom materijalu.
Kako se pripreme za prve misije s posadom prema Marsu intenziviraju u sljedećem desetljeću, potrebno je paralelno ubrzati razumijevanje bio-izvedene gradnje u svemiru. Iz astrobiološke perspektive znanstvenici moraju razjasniti kako mikrobne zajednice međudjeluju s marsovskim regolitom i kako se nose s niskim tlakom, promjenama temperature, zračenjem i drugim stresnim čimbenicima.
U nedostatku pravog marsovskog tla laboratorijski simulanti regolita trenutačno su najpraktičniji alat. Na njima se mogu ispitivati različite mikrobne kokulture u uvjetima koji oponašaju Mars te razvijati prediktivni modeli za učinkovitost biocementacije i mehanička svojstva dobivenih materijala.
S tehničke strane jedan od većih izazova jest gravitacija. Na Zemlji je teško vjerno reproducirati marsovsku gravitaciju, što otežava testiranje procesa 3D ispisa i automatske gradnje. Zbog toga je potrebno razviti robusne upravljačke algoritme i posebno osmišljene protokole za autonomne robote koji bi u budućnosti mogli graditi naselja, skladišta i zaštitne strukture na Marsu bez stalne ljudske intervencije.
Prvi koraci prema marsovskim naseljima
Svi ti napori dio su šireg, dugotrajnog procesa. Svaki novi eksperiment s marsovskim regolitom, svako poboljšanje u dizajnu mikrobnih sustava i svaki testirani algoritam za robotiziranu gradnju korak su naprijed prema istom cilju: pretvaranju Marsa iz neprijateljskog svijeta u mjesto na kojem ljudska civilizacija može trajno obitavati.
U tom mozaiku budućih tehnologija dvije bakterijske vrste, Sporosarcina pasteurii i Chroococcidiopsis, pojavljuju se kao jedan od mogućih temelja nove arhitekture: mogućnost da se prašina i pijesak Crvenog planeta, uz pomoć mikroba, pretvore u osnovne gradivne blokove prvih marsovskih domova.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
