Construcțiile pe Marte ar putea folosi drojdie modificată genetic

Marte, o lume în care fiecare kilogram contează

Pentru viitorii exploratori ai Planetei Roșii, construirea unui adăpost va fi aproape la fel de importantă ca ajungerea pe Marte. Atmosfera este extrem de rarefiată, temperaturile pot coborî mult sub punctul de îngheț, iar suprafața este bombardată de radiații. Un habitat destinat oamenilor va trebui să ofere protecție și să păstreze în interior o atmosferă presurizată.

Problema este că transportarea materialelor de construcție de pe Pământ este extrem de costisitoare. O misiune spațială trebuie să transporte deja combustibil, echipamente, sisteme de susținere a vieții, hrană și numeroase alte componente. Dacă la toate acestea s-ar adăuga cantități mari de beton, metal sau alte materiale pentru construirea unor habitate, masa încărcăturii ar crește considerabil.

De aceea, una dintre direcțiile importante ale cercetării pentru viitoarele construcții pe Marte este utilizarea resurselor disponibile local. Regolitul marțian, stratul de material mineral care acoperă suprafața planetei, există practic pretutindeni. Problema este transformarea lui într-un material suficient de rezistent pentru construcții.

Una dintre metodele propuse presupune încălzirea regolitului la temperaturi foarte ridicate, astfel încât particulele să se lege între ele. Este însă un proces care necesită multă energie. Pe Marte, unde energia solară este mai puțin abundentă decât pe Pământ, iar infrastructura energetică va fi dificil de construit, găsirea unor alternative mai eficiente poate deveni esențială.

Aici intervine o idee care pare desprinsă din science-fiction: folosirea unor microorganisme pentru fabricarea materialelor de construcție.

O fabrică microscopică pentru construcțiile pe Marte

O echipă de cercetători de la Hong Kong University of Science and Technology a dezvoltat un material numit Engineered Living Building Material sau ELBM – un material de construcție viu. În centrul acestei tehnologii se află o formă modificată genetic a drojdiei de panificație, Saccharomyces cerevisiae.

Drojdia nu este folosită pentru a produce alcool sau pâine, ci ca o componentă activă a materialului. Cercetătorii au modificat genetic microorganismele pentru a produce proteine care pot contribui la legarea particulelor minerale și la consolidarea structurii.

Una dintre sursele de inspirație a fost natura. Cercetătorii s-au uitat la modul în care midiile reușesc să se fixeze pe suprafețe umede și stâncoase. Proteinele asociate cu această capacitate au proprietăți adezive foarte puternice, iar versiuni adaptate ale lor au fost integrate în sistemul biologic folosit pentru noul material.

O altă componentă moleculară, cunoscută sub numele de SpyTag/SpyCatcher, permite formarea unor legături foarte stabile între molecule. Împreună, aceste mecanisme transformă celulele de drojdie într-un fel de elemente microscopice de armare și legare.

Materialul rezultat combină drojdia modificată genetic cu particule minerale și gelatină. Amestecul poate fi modelat și imprimat 3D, ceea ce deschide o posibilitate interesantă pentru viitoarele habitate pe Marte: structurile ar putea fi fabricate local, fără ca fiecare element să trebuiască transportat de pe Pământ.

Frigul marțian poate deveni parte din procesul de fabricație

Una dintre cele mai interesante caracteristici ale acestei tehnologii este faptul că mediul marțian nu trebuie neapărat să fie complet combătut. Unele dintre condițiile extreme de pe Planeta Roșie pot fi integrate chiar în procesul de formare a materialului.

În experimente, cercetătorii au testat materialul în condiții care au imitat atmosfera marțiană, inclusiv temperaturi de aproximativ –30 °C și o presiune de numai 0,01 atmosfere.

După pregătirea inițială, apa din material îngheață, iar în condițiile de presiune scăzută poate trece direct din stare solidă în vapori prin sublimare. Procesul este asemănător uscării prin înghețare. În loc să distrugă materialul, eliminarea apei contribuie la formarea unei structuri poroase susținute de rețeaua biologică.

În testele realizate de cercetători, materialul a atins o rezistență la compresiune de aproximativ 12 MPa, în timp ce rezistența la încovoiere a ajuns la aproximativ 6 MPa. Aceste rezultate nu înseamnă că materialul poate fi deja folosit pentru construirea unei baze marțiene, dar arată că o structură biologică poate dobândi proprietăți mecanice relevante pentru aplicații de construcție.

Un alt rezultat important a apărut atunci când cercetătorii au eliminat componenta biologică. Materialul de control a prezentat o capacitate mult mai redusă de a menține particulele minerale împreună. Cu alte cuvinte, drojdia nu este doar un ingredient suplimentar, ci contribuie efectiv la arhitectura materialului.

Mai puțină energie și posibilitatea reciclării

Avantajul tehnologiei nu se limitează la faptul că folosește un organism viu. Unul dintre motivele pentru care cercetătorii sunt interesați de această abordare este consumul redus de energie.

Metodele tradiționale propuse pentru transformarea regolitului în materiale de construcție pot necesita temperaturi foarte ridicate. ELBM funcționează într-un proces în care biologia și condițiile de mediu fac o parte importantă din muncă. Potrivit cercetătorilor, consumul de energie poate fi cu aproape două ordine de mărime mai mic decât în cazul proceselor de sinterizare folosite pentru comparație.

Pentru Pământ, o asemenea diferență poate părea mai puțin spectaculoasă. Pentru o colonie izolată la milioane de kilometri distanță, însă, energia poate fi una dintre cele mai importante resurse. Fiecare proces care poate fi realizat fără cuptoare de mare putere poate reduce presiunea asupra infrastructurii energetice.

Materialul prezintă și o altă caracteristică interesantă: poate fi reciclat. În experimente, cercetătorii au încălzit structurile la aproximativ 45 °C pentru a lichefia gelatina, după care materialul a putut fi remodelat. Procesul a fost repetat de mai multe ori, până la patru cicluri, fără pierderea evidentă a integrității structurale.

Dacă o astfel de tehnologie ar ajunge vreodată să fie utilizată într-o colonie marțiană, conceptul de „deșeu de construcție” s-ar putea schimba. Un material provenit dintr-o structură veche ar putea fi recuperat și reutilizat pentru o structură nouă.

Mai există însă o problemă. Gelatina folosită în formula actuală trebuie să provină de pe Pământ. Cercetătorii au încercat variante fără gelatină, dar acestea au avut proprietăți mecanice mai slabe. Așadar, tehnologia nu oferă încă independență totală față de aprovizionarea terestră.

De la experimentul de laborator la primele habitate pe Marte

Rezultatele sunt interesante, dar distanța dintre un experiment de laborator și o tehnologie capabilă să construiască structuri pe Marte este foarte mare.

În primul rând, experimentele nu au fost realizate cu regolit marțian autentic. Solul de pe Marte conține compuși precum perchlorații, care pot fi problematici pentru organismele vii. Va trebui demonstrat că drojdia modificată genetic poate funcționa în prezența acestora sau că materialul poate fi fabricat folosind un regolit tratat.

Apoi există radiația. Suprafața lui Marte primește o cantitate mult mai mare de radiație decât suprafața Pământului, deoarece planeta nu beneficiază de un câmp magnetic global puternic și are o atmosferă foarte subțire. Nu este încă clar cât timp ar putea rezista componentele biologice și materialul rezultat în asemenea condiții.

Mai important, un perete realizat din acest material nu ar putea fi pur și simplu folosit ca un perete obișnuit al unei case. Porozitatea sa înseamnă că nu este suficient pentru menținerea unei atmosfere presurizate. Un habitat uman ar avea nevoie de o barieră etanșă suplimentară, iar structura biologică ar putea avea rolul de suport, protecție sau izolație.

De aceea, este mai realist să privim ELBM nu ca pe o „cărămidă marțiană” gata de utilizare, ci ca pe o posibilă componentă a unui viitor sistem de construcție extraterestră.

Ar putea viitoarele construcții marțiene să fie cultivate?

Ideea că microorganismele ar putea participa la construirea unei baze extraterestre schimbă într-un mod interesant perspectiva asupra explorării spațiului.

Până acum, imaginea clasică a unei colonii marțiene presupunea roboți care excavă regolitul, utilaje care îl procesează și imprimante 3D care construiesc structuri. Experimentul cu drojdia sugerează o alternativă în care biologia ar putea deveni parte a infrastructurii.

Un avantaj fundamental al organismelor vii este capacitatea lor de a se multiplica. Dacă o populație de drojdie modificată genetic ar putea fi menținută într-un bioreactor, microorganismele necesare pentru noi loturi de material ar putea fi produse local, în loc să fie transportate permanent de pe Pământ.

Aceasta este una dintre ideile centrale ale colonizării planetei Marte: nu doar să ducem tot ceea ce avem nevoie pe o altă lume, ci să transformăm resursele locale în resurse utilizabile și să construim sisteme capabile să se regenereze.

Suntem însă departe de momentul în care o bază marțiană va putea fi „crescută” din microorganisme. Sunt necesare teste suplimentare în condiții marțiene mai realiste, inclusiv cu regolit real, radiație, cicluri repetate de îngheț-dezgheț și perioade lungi de funcționare.

Totuși, experimentul demonstrează un principiu important: construcția extraterestră nu trebuie să fie neapărat o luptă permanentă împotriva mediului. Unele dintre proprietățile planetei Marte – frigul, presiunea scăzută și disponibilitatea materialelor minerale – ar putea fi integrate în procesul de fabricație.

În viitor, primele construcții pe Marte ar putea fi rezultatul unei combinații dintre robotică, imprimare 3D, resurse locale și biologie sintetică. Iar dacă această direcție se va dovedi viabilă, o parte din infrastructura primei așezări umane de pe Marte ar putea proveni nu din fabrici aduse de pe Pământ, ci dintr-o fabrică microscopică de organisme modificate genetic.