Istraživački kompleks Biosphere 2 u Arizoni omogućuje znanstvenicima da proučavaju načine na koje mikrobi, biljke, stijene i voda zajednički oblikuju nove ekosustave. Razumijevanje tih procesa presudno je ne samo za očuvanje života na Zemlji, već i za pripremu budućih misija i mogućih naselja na Marsu.
Na rubu pustinje Sonora, nedaleko od Tucsona u Arizoni, iz pješčanog krajolika prepunog kaktusa uzdiže se kompleks Biosphere 2. Na prvi pogled, staklene kupole i bijele konstrukcije podsjećaju na koloniju s nekog drugog planeta. Iako se nalazi samo nekoliko kilometara od grada, izgleda kao da je premješten u budućnost.
Unutra posjetitelji prolaze kroz niz ekosustava: od tropske prašume prepune života, preko umjetnog oceana, pa sve do velikog istraživačkog postrojenja pod nazivom Landscape Evolution Observatory (LEO), koje naizgled djeluje pusto i beživotno, a na čijim se padinama od drobljenog vulkanskog kamenja tek počinju pojavljivati prvi tragovi života.
Upravo to područje predstavlja laboratorij za razumijevanje kako život kolonizira i preobražava beživotne okoliše. Znanstvenici smatraju da u tim procesima leži ključ ne samo za bolju budućnost na Zemlji, već i za potencijalno nastanjivanje drugih svjetova.
Biosphere 2 je prvi put postao poznat kao ljudski eksperiment 1990-ih, kada je skupina od osam istraživača bila zatvorena unutar njegovih 3 jutra raznolikih ekosustava pune dvije godine. Cilj je bio ispitati održivost zatvorenog ekološkog sustava za podržavanje ljudskog života u svemiru. Danas je, kako objašnjavaju Scott Saleska, profesor ekologije i evolucijske biologije, Chris Impey, sveučilišni istaknuti profesor astronomije, i Ghiwa Makke, doktorandica znanosti o okolišu, svi sa Sveučilišta Arizona, ovaj kompleks pretvoren u ispitni poligon za razumijevanje kako život transformira krajolike, od lokalnih područja do čitavih planeta.
Cilj je dvostruk: razumjeti kako očuvati bioraznolikost, osigurati opskrbu pitkom vodom i hranom, te razviti temelje za znanost o terraformiranju, postupku stvaranja uvjeta za život na planetima poput Marsa.
Kako je život promijenio Zemlju
Život na Zemlji nije bio tek pasivni promatrač. Od samih početaka aktivno je preoblikovao atmosferu, geologiju i klimu.
Prije otprilike 2,5 do 3,5 milijardi godina pojavile su se cijanobakterije, mikroorganizmi koji su prvi razvili fotosintezu s proizvodnjom kisika. Kako se kisik postupno nakupljao u atmosferi, omogućio je razvoj aerobnog metabolizma, oblika disanja koji oslobađa znatno više energije od anaerobnih procesa. Time su stvoreni temeljni uvjeti za kasniji nastanak složenih, višestaničnih organizama.
Kisik je u gornjim slojevima atmosfere formirao i ozonski sloj, koji je štitio površinu od ultraljubičastog zračenja i omogućio organizmima izlazak iz mora na kopno.
Prije otprilike 400 milijuna godina dogodila se nova prekretnica: biljke su počele osvajati kopno. Njihovo je korijenje unosilo ugljikov dioksid u tlo, čime je ubrzan proces kemijskog trošenja stijena (weathering). Rezultat je bilo stvaranje plodnih tala bogatih hranjivim tvarima te smanjenje razine CO₂ u atmosferi. Taj pad koncentracije stakleničkih plinova postupno je ohladio Zemlju i pretvorio je iz vrućeg planeta u svijet s umjerenijom klimom, pogodnom za razvoj današnjih ekosustava.
Ovi povijesni primjeri jasno pokazuju kako biologija može oblikovati čitav planet, znanje koje je danas moguće testirati u kontroliranim uvjetima poput onih u LEO-u.
Primarna sukcesija: život iz ničega
Kolonizacija beživotnih krajolika počinje procesom primarne sukcesije. Prvi organizmi su mikrobi koji fotosintezom i disanjem stvaraju organske molekule, metabolite, koje mijenjaju kemijska svojstva tla. Tako se otvara prostor za složenije biljke.
U LEO-u znanstvenici sustavno prate kako beživotni kamen postupno postaje podloga za život. Eksperiment se sastoji od triju velikih čeličnih konstrukcija, svaka površine oko 250 četvornih metara, ispunjenih drobljenim vulkanskim kamenom. Voda koja prolazi kroz padine skuplja se na dnu, gdje se analizira njezin kemijski i biološki sastav.
Za analizu koriste dvije ključne metode: metagenomiku, kojom se identificiraju svi mikroorganizmi prisutni u uzorcima, i metabolomiku, kojom se ispituju organske molekule koje mikrobi i biljke proizvode te razmjenjuju sa svojim okolišem.
Rezultati pokazuju da proces pokreću kolonije cijanobakterija, potomci organizama koji su prije milijardi godina obogatili Zemljinu atmosferu kisikom. One iz zraka vežu dušik, stvarajući uvjete za naseljavanje mahovina. Mahovine reguliraju vlagu i dodatno pripremaju tlo za dolazak složenijih biljaka s korijenjem.
LEO je u tome jedinstven: nigdje drugdje ne postoje tako velike umjetne padine u kontroliranim uvjetima. Upravo zbog toga moguće je pratiti kako se mikroskopski procesi razvijaju u obrasce koji s vremenom oblikuju cijele krajolike.
Lekcije za Zemlju
Istraživanja u LEO-u nisu samo akademska vježba, nego imaju i izravnu praktičnu vrijednost. Promatranjem kako život kolonizira beživotne padine, znanstvenici dobivaju uvide koji se mogu primijeniti i na današnje globalne izazove.
Razumijevanje bioraznolikosti otkriva mehanizme kojima se vrste šire i opstaju u novim okolišima, što je ključno za njihovo očuvanje u doba ubrzanih klimatskih promjena. Kada organizmi utječu na to kako tlo i stijene upijaju i prenose vodu, otvaraju se modeli za održivije upravljanje ovim resursom. A proučavanje kako biljke opstaju u stresnim uvjetima donosi znanje koje može poboljšati sigurnost opskrbe hranom, jer se iste strategije mogu primijeniti u poljoprivredi.
Drugim riječima, ono što se odvija u staklenim kupolama Arizone nije izoliran pokus, već ogledalo procesa presudnih za budućnost života na Zemlji.
Mars: od pokusa do mogućnosti
Danas je Mars hladan, suh i beživotan. No geološki tragovi upućuju da je prije nekoliko milijardi godina bio topliji i vlažniji, možda s uvjetima pogodnim za mikrobni život. Njegovu površinu prekriva regolit, praškasta mješavina stijena i soli, koji sadrži i spojeve poput perklorata, toksične tvari koja onemogućuje rast većine biljaka.
Ako čovječanstvo jednog dana želi uspostaviti trajna naselja na Crvenom planetu, prvi je korak proizvodnja hrane. Taj je izazov popularno nazvan “problem Matta Damona”, prema filmu Marsovac, u kojem glavni lik preživljava uzgajajući krumpir. U stvarnim uvjetima, međutim, marsovsko tlo u svom izvornom obliku za to nije prikladno.
U LEO-u se zato provode pokusi u kontroliranim komorama koje simuliraju marsovske uvjete. Jedna od strategija uključuje korištenje bakterija sposobnih da reduciraju perklorat u bezopasni klorid. Na taj bi se način tlo moglo “detoksificirati” i pripremiti za kolonizaciju mikroba i biljaka.
Takva istraživanja predstavljaju prve konkretne korake prema terraformiranju Marsa. U kombinaciji s tehnologijama koje bi mogle povisiti temperaturu i omogućiti prisutnost tekuće vode, eksperimenti u Biosphere 2 ukazuju na to da bi život jednog dana mogao pustiti korijenje i na Crvenom planetu.
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.
