Зеленое будущее: как цианобактерии помогут человечеству выживать на Марсе

«Мы показали, что цианобактерии могут использовать газы, имеющиеся в марсианской атмосфере, при низком общем давлении, в качестве источника углерода и азота», — рассказал астробиолог Сиприен Версо из Бременского университета в Германии. «В этих условиях цианобактерии сохранили свою способность расти в воде, содержащей только марсианскую пыль, так что их можно было использовать для кормления других микробов. Это поможет сделать долгосрочные миссии на Марс более стабильными».

Здесь, на Земле, цианобактерии не всегда совместимы с другой жизнью. Их можно найти практически в каждой среде обитания на планете, и иногда они производят сильные токсины, которые могут убить другие организмы. Они известны как «сине-зеленые водоросли», и часто становятся причиной отравлений среди любителей сырой рыбы, в мясе которой со временем накапливается слишком много ядовитых веществ.

Но без этих крошечных созданий нас бы здесь не было. Ученые считают, что бум цианобактерий 2,4 миллиарда лет назад во многом стал причиной появления пригодной для дыхания атмосферы. Размножившись в невероятных количествах, цианобактерии накачали атмосферу кислородом, резко изменив всю планету.

Все виды цианобактерий производят кислород в качестве побочного продукта фотосинтеза, и даже сегодня они являются его бесценным источником. В течение нескольких лет ученые размышляли, можем ли мы использовать способность цианобактерий производить кислород, чтобы жить на Марсе (и просто в космосе), и как именно это осуществить.

В долгосрочной перспективе это принесет дополнительные выгоды. Атмосфера Марса состоит в основном из углекислого газа (на 95%) и азота (на 3%), которые захватываются цианобактериями и превращаются в органические соединения и питательные вещества соответственно.

Однако атмосферное давление на Марсе — это серьезная помеха. Это всего лишь 1% атмосферного давления Земли, чего слишком мало для присутствия воды в жидкой форме. А без нее цианобактерии не могут расти или извлекать достаточно азота. Давление можно нагнетать в искусственных условиях, но это очень сложно и затратно по ресурсам.

Поэтому Версо и его команда искали золотую середину. Они разработали биореактор под названием Atmos, который обладает атмосферным давлением на уровне около 10% от земного, но использует только то, что можно найти на Марсе, хоть и в обратных пропорциях: 96% азота и 4% углекислого газа. В биореактор также входит вода, которую можно получить на Марсе из растаявшего льда, и имитатор марсианского реголита — смесь минералов, созданных на Земле, но с использованием только тех веществ и минералов, что встречаются на Марсе.

В итоге получилась система, состоящая из девяти сосудов из стекла и стали, которую постоянно контролировали на предмет изменения давления и температуры.

Команда выбрала вид азотфиксирующих цианобактерий, который, как показали предварительные тесты, с наибольшей вероятностью будут процветать в подобной среде — Anabaena sp. PCC 7938 — и протестировала его в различных условиях.

В одних камерах использовалась питательная среда для выращивания цианобактерий, в других — смоделированный марсианский реголит. Некоторые подверглись атмосферному давлению Земли, а другие существовали при «марсианском» уровне давления.

Ученые обнаружили, что их Anabaena не только размножалась, но делала это «весьма энергично». Очевидно, что на культуральной среде она росла лучше, чем на марсианском реголите, но тот факт, что бактерии вообще выросли на простой породе, представляет собой огромный успех, указывая на то, что рост цианобактерий на Марсе не должен зависеть от импортных ингредиентов с Земли.

Затем, чтобы оценить, могут ли цианобактерии, выращенные в марсианских условиях, оставаться полезными для человека, исследователи высушили их и использовали в качестве субстрата для выращивания кишечной палочки. Это увенчалось успехом, а значит с помощью цианобактерий можно получить сахара, аминокислоты и другие питательные вещества для кормления разных культур, которые затем можно использовать для других целей — например, для производства лекарств.

Теперь, когда концепция была доказана, команда может приступить к работе по оптимизации биореакторной системы, которая однажды может сохранить нам жизнь на Марсе. «Наш биореактор Atmos — это не та система культивирования, которую мы бы использовали в реальных условиях Красной планеты: он предназначен для тестирования на Земле. Но результаты нашей работы помогут направить дизайн марсианской системы культивирования ... Мы хотим перейти от экспериментальной концепции к системе, которая может быть эффективно использована на Марсе», — пояснил Версе.