Mars: Izazov Teraformiranja i Izgradnje
Mars je postao prava opsesija čovječanstva. Misije poput onih koje vodi SpaceX to jasno dokazuju, a sama činjenica da je putovanje do Marsa, u usporedbi s ostalim izazovima, “jednostavniji” dio. Ono što je zaista teško jest teraformirati planet kako bi se omogućile dugotrajne misije na površini. U filmu ‘Marsovac’ već smo vidjeli kako astronaut preživljava na Marsu uzgojem krumpira u tamošnjem tlu, i premda to zvuči kao znanstvena fantastika, već značajno napredujemo u tom smjeru. No, uz uzgoj hrane, također moramo i graditi, a najbolji način je koristiti marsovsku prašinu za izradu građevinskih materijala, poput cigli.
Kako to postići? Uz pomoć dvije bakterije, ključne za proces biocementacije. I Mjesec i Mars prekriveni su prašinom, odnosno regolitom. Ovaj sloj sadrži niz elemenata koje možemo iskoristiti za stvaranje građevinskih materijala. Mnogo je jednostavnije razviti metode transformacije tih lokalnih materijala u nešto korisno nego transportirati tone i tone materijala sa Zemlje. Upravo se tim problemom bavi studija objavljena u časopisu Frontiers in Microbiology.
Biocementacija: Rješenje iz Marsove Prašine
U spomenutoj studiji, istraživači s Odsjeka za kemiju, materijale i kemijsko inženjerstvo ‘Giulio Natta’ na Politehničkom sveučilištu u Milanu detaljno opisuju proces pretvaranja marsovskog regolita u materijal sličan betonu. Ovaj se proces naziva biocementacija, a njihov prijedlog je korištenje specifičnog dvojca bakterija sposobnih za izvođenje te transformacije.
Bakterije “Zidari”: Kako Sporosarcina pasteurii Stvara Cement
Glavne protagonistice ove priče su bakterije Sporosarcina pasteurii i Choococcidiopsis. Ključni proces ove tehnologije je “Mikrobno inducirana precipitacija kalcijevog karbonata” (Microbially Induced Calcium Carbonate Precipitation), postupak kojim mikroorganizmi stvaraju kalcijev karbonat pri sobnoj temperaturi. U slučaju bakterije Sporosarcina pasteurii, proces se temelji na ureolizi.
Bakterija proizvodi enzim ureazu, koji hidrolizira ureu u amonijak i ugljičnu kiselinu. Oslobađanjem amonijaka, pH okoline se povećava, dok se ugljična kiselina disocira u karbonatne ione. Kada se ti karbonatni ioni kombiniraju s kalcijevim ionima prisutnima u mediju, oni precipitiraju kao kristali kalcijevog karbonata na staničnim stijenkama bakterija i na česticama tla. Iako zvuči tehnički složeno, jednostavnije rečeno, bakterije stvaraju talog koji djeluje kao prirodni cement. Ovaj prirodni cement veže čestice marsovskog regolita, pretvarajući prirodno rastresitu prašinu u kompaktni materijal s tlačnom čvrstoćom sličnom onoj kod nekih vrsta betona.
Otporna Choococcidiopsis: Zaštita u Ekstremnim Uvjetima
S druge strane, imamo bakteriju Choococcidiopsis. Riječ je o jednom od najotpornijih organizama koje poznajemo – slično kao i iznimno otporni tardigradi. Ove su bakterije sposobne preživjeti u uvjetima koji simuliraju marsovsko okruženje. Zapravo, prije nekoliko godina misija BIOMEX Europske svemirske agencije pokazala je da su sojevi ove bakterije, izloženi svemirskom vakuumu i sunčevom zračenju bez ikakve zaštite tijekom 18 mjeseci, ostali potpuno netaknuti. Nakon rehidracije, nastavili su svoje metaboličke aktivnosti.
Ovo je iznimno važno jer smo već “testirali” Choococcidiopsis u svemiru. Njezina uloga u ovoj priči nije u sposobnosti pretvaranja regolita u beton – to je posao druge bakterije – već u njezinoj ekstremnoj otpornosti. Ono što istraživači predlažu jest udruživanje snaga između ove dvije bakterije.
Sinergija za Opstanak: Dvojac Bakterija na Marsu
Kroz proces fotosinteze, Choococcidiopsis oslobađa kisik, čime stvara povoljno mikrookruženje za Sporosarcina pasteurii da obavlja svoj posao cementiranja. Istovremeno, Sporosarcina pasteurii pruža uvjete koji pogoduju preživljavanju njezine partnerice u neprijateljskom marsovskom okruženju. To je istinska simbioza.
Odbrambeni Arsenal Choococcidiopsis
To znači da dok jedna bakterija radi na stvaranju cementa, druga osigurava hranu i obranu. I doista, obrambeni arsenal Choococcidiopsis je impresivan. Kao da je riječ o oklopu najnovijeg tenka, ova bakterija posjeduje tri linije obrane:
- Prvu liniju čine ekstracelularne polimerne tvari koje formiraju debeli sloj koji filtrira gotovo 70% UVA zračenja, gotovo 70% UVM zračenja i gotovo 90% UVC zračenja.
- Druga linija sastoji se od antioksidansa koji se vežu na vanjsku membranu kako bi djelovali kao fotoprotektor, neutralizirajući reaktivne vrste kisika koje nastaju zračenjem.
- I treća obrana uključuje UV filtre. Kao da to nije dovoljno, Choococcidiopsis može sama popraviti svoj DNK ako se ošteti zračenjem.
Korak Dalje od Izgradnje: Budućnost Marsovskih Misija
Iako je Choococcidiopsis otporna i izdržljiva, prije nego što se počne prerano slaviti i slati bakterije na Mars, sam tim ističe da je potrebno ići korak po korak. Iako različite agencije žele izgraditi prvo ljudsko stanište na Marsu do 2040-ih, problem nije samo u samoj izgradnji na planetu. Jednako je važno odgovoriti s punim jamstvom na pitanje kako će se ti pioniri vratiti.
Trenutno se demonstrira da se marsovski materijal može pretvoriti u građevinski materijal, ali još je dug put pred nama. Potrebno je replicirati marsovske uvjete na Zemlji kako bi se optimizirali ti građevinski procesi. Otkrića poput zajedničkog rada ovih bakterija mogu dovesti ne samo do inovacija u gradnji, već i do potencijalnih upotreba sposobnosti nekih od njih za proizvodnju kisika na Marsu, pa čak i korištenje nusproizvoda koje odbacuju kao gnojivo za uzgoj usjeva u svemiru. Na primjer, amonijak se može koristiti kao gnojivo za usjeve.
