מחקר חדש ב־Frontiers in Microbiology מציע מערכת ביומינרליזציה של שני מיני חיידקים, Sporosarcina pasteurii ו־Chroococcidiopsis, שיכולה לייצר "בטון ביולוגי" מרגולית מאדים, לספק חמצן ולתרום למערכות חקלאות סגורות ולמאמצי ההתיישבות האנושית על כוכב הלכת האדום
לאנושות היה חלום: העולם הזר שאנו מקווים לקרוא לו בית
מאז הצעדים הראשונים של האנושות על הירח, השאיפה להרחיב את הציוויליזציה האנושית מעבר לכדור הארץ היא יעד מרכזי של סוכנויות החלל בעולם, עם מטרה של התיישבות ארוכת טווח מחוץ לכדור הארץ. מבין גרמי השמיים הנגישים לנו, מאדים נחשב ל"בית" הבא. כוכב הלכת האדום, עם הנופים הקיצוניים שלו והדמיון המפתה לכדור הארץ, קורא לנו כגבול החדש של חקר החלל ושל התיישבות אנושית.
אבל הקמת נוכחות קבועה על מאדים היא אחד החלומות הנועזים ביותר של האנושות – וגם אחד האתגרים המדעיים וההנדסיים המורכבים ביותר.
מאדים, שהיה בעבר עטוף באטמוספרה עבה, עבר שינוי דרמטי במשך מיליארדי שנים. "שמיכת" ההגנה שלו נעלמה, והותירה סביבה שכמעט אינה מוכרת לחיים ארציים. כיום האוויר בו דליל מאוד ועשיר בפחמן דו־חמצני, הלחץ פחות מאחוז אחד מזה של כדור הארץ, והטמפרטורות נעות בין כ־90 מעלות מתחת לאפס ועד כ־26 מעלות מעל האפס. לכך מתווספים קרינה קוסמית מתמדת והיעדר אוויר שניתן לנשימה, ולכן ברור: יצירת מקלט על מאדים איננה רק "בניית קירות". מדובר בבניית מקלט תומך־חיים, שעומד יציב מול עולם זר ועוין.
הובלת חומרי בנייה מכדור הארץ יקרה מאוד ולא מעשית. הפתרון? ללמוד לבנות ממה שמאדים עצמו מציע. שימוש במשאבים מקומיים (in situ resource utilization, ISRU), כלומר ניצול החומרים הזמינים בשטח, הוא המפתח לנוכחות אנושית בת־קיימא על מאדים.
ככל שהדגימות שאסף הרכב Perseverance של נאס"א ממכתש ג׳זירו – ערוץ נהר קדום – עשויות לשאת עקבות של חיים ראשוניים, הן מזמינות אותנו לחלום מעבר לעצם הגילוי. האם ייתכן שאותם עקבות מיקרוביאליים שבעבר אולי שגשגו על מאדים יוכלו בעתיד גם לעזור לנו לבנות עליו?
מן הארץ אל מאדים
פעם, לפני זמן רב מאוד, החיים על כדור הארץ התחילו מיצורים מיקרוסקופיים צנועים בבריכות רדודות ובימים. "מהנדסים שקטים" אלה שינו את הפלנטה מן היסוד – מן מילוי השמיים בחמצן ועד בניית שוניות אלמוגים עמידות, שעומדות על תילן עד היום. כעת, כאשר המבט האנושי מופנה לשמיים, אותם יצורים זעירים עשויים להחזיק במפתח להפיכת עולם צחיח לבית חי.
המחקר שלנו מתווה דרך נועזת, בהשראת הטבע. במסגרת מאמץ בין־לאומי בין־תחומי התאחדנו כדי לרתום פלא טבע: ביומינרליזציה. זהו תהליך שבו מיקרואורגניזמים (חיידקים, פטריות ומיקרו־אצות) מייצרים מינרלים כחלק מחילוף החומרים שלהם. תהליך זה עיצב את נופי כדור הארץ במשך מיליארדי שנים. אותם מיקרואורגניזמים, שמשגשגים לא רק במים מוכרים אלא גם בסביבות קיצוניות כמו אגמים חומציים, קרקעות וולקניות ומערות עמוקות, עשויים לגלות את הגמישות הדרושה להסתגלות לתנאי מאדים.
בהסתמך על נתונים של רכבי שטח של מאדים על הרכב הקרקע המאדימית (רגולית), המחקר שלנו בוחן כמה מסלולי מינרליזציה מיקרוביאליים כדי לגלות אילו מהם יכולים להפיק חומרי בנייה חזקים למגורים על מאדים, מבלי ליצור סיכון של זיהום בין־פלנטרי.
מבין המסלולים האלה, בולטת ביוצימנטציה – תהליך שבו מיקרואורגניזמים מייצרים חומרים דמויי מלט טבעי, כמו סידן פחמתי, בטמפרטורת סביבה. זהו כיוון מבטיח במיוחד.
ליבת המחקר שלנו היא שיתוף פעולה בין שני מיני חיידקים יוצאי דופן:
- Sporosarcina pasteurii, חיידק ידוע המייצר סידן פחמתי באמצעות אוראוליזה (פירוק של אוריאה)
- Chroococcidiopsis, ציאנובקטריה עמידה שידועה ביכולתה לשרוד בסביבות קיצוניות, כולל תנאים מדומים של מאדים
יחד הם יוצרים "צמד חיידקים" עוצמתי. Chroococcidiopsis מחדיר חיים לסביבתו באמצעות שחרור חמצן, ובכך יוצר מיקרו־סביבה נוחה יותר עבור Sporosarcina pasteurii. נוסף על כך, החומר הפולימרי החוץ־תאי שמפרישה Chroococcidiopsis מגן על Sporosarcina pasteurii מפני קרינה על־סגולה חזקה על פני מאדים. בתמורה, Sporosarcina מפריש פולימרים טבעיים שמקדמים צמיחת מינרלים ומחזק את הרגולית, והופכים קרקע רופפת לחומר מוצק הדומה לבטון.
אנו מדמיינים את תרבית החיידקים המשותפת הזו, כשהיא מעורבבת ברגולית מאדים, כחומר גלם להדפסה בתלת־ממד על מאדים. בנקודת המפגש בין אסטרוביולוגיה, גיאוכימיה, מדע החומרים, הנדסת בנייה ורובוטיקה, המערכת הסינרגטית הזו יכולה לחולל מהפכה ביכולת הבנייה על מאדים, ולהגדיר מחדש את תכנון־הייצור בתנאי המאדים.
אבל השותפות המיקרוביאלית הזו מציעה יתרונות שמעבר לבנייה. Chroococcidiopsis, בזכות יכולתה לייצר חמצן, יכולה לתרום לא רק לשלמות המבנה אלא גם למערכות תמיכת החיים של אסטרונאוטים. בטווחים ארוכים יותר, האמוניה שנוצרת כתוצר לוואי מטבולי של Sporosarcina pasteurii עשויה להשתלב במערכות חקלאות סגורות, ואולי אף לסייע בעתיד במאמצים לעיצוב תנאי הסביבה של מאדים (טרפורמינג).
צעד אחר צעד
ובכל זאת, הדרך רק בתחילתה. אף שסוכנויות החלל הבין־לאומיות מתכננות לבנות את מקום המגורים האנושי הראשון על מאדים בשנות ה־40 של המאה הנוכחית, משימת החזרת הדגימות ממאדים מתמודדת עם עיכובים חוזרים ונשנים. העיכובים האלה מקשים על אימות ניסויי של טכנולוגיות בנייה ייחודיות למאדים. כאשר סוכנויות החלל מתכוננות למשימות מאוישות למאדים בעשור הקרוב, עלינו להעמיק את ההבנה של בנייה חוץ־ארצית המבוססת על תהליכים ביולוגיים – כדי שנהיה מוכנים ליום שבו נוכל ליישם אותן בפועל.
מנקודת מבט אסטרוביולוגית, אנחנו חייבים לפענח כיצד קהילות מיקרוביאליות כאלה מתקשרות עם רגולית מאדים ושורדות את גורמי העקה בסביבה הקשוחה של הפלנטה. שימוש בדימויי רגולית מעבדתיים, המדמים את הקרקע המאדימית, מציע דרך מעשית לבחינת תרביות משותפות בתנאים הדומים ככל האפשר למאדים, ולבניית מודלים חזויים של ביצועי ביוצימנטציה.
בגזרת הרובוטיקה, אחד האתגרים המרכזיים הוא הדמיה אמינה של כבידת מאדים על פני כדור הארץ, כדי לבחון תהליכי הדפסה בתלת־ממד ולייעל את בקרת תהליכי הבנייה האוטונומיים במשימות מאדים עתידיות. לכן עלינו לפתח אלגוריתמי בקרה עמידים ופרוטוקולים מותאמים, שיאפשרו לנו לא רק לבנות ביעילות רבה יותר, אלא גם להגדיר מחדש את שיטות הייצור עבור הסביבה הייחודית של מאדים.
המסע הזה תובעני, אך צעד אחר צעד, כל תגלית, כל ניסוי מוצלח וכל פרוטוקול שנבדק בשטח מקרב אותנו ליום שבו האנושות תוכל לקרוא למאדים "בית".
עוד בנושא באתר הידען:
