Er zijn al voorbereidingen aan de gang voor missies die over een decennium of zo mensen op Mars zullen landen. Maar wat zouden mensen eten als deze missies uiteindelijk leiden tot de permanente kolonisatie van de rode planeet?

Zodra (als) mensen het naar Mars halen, een grote uitdaging voor elke kolonie zal zijn om een ​​stabiele voedselvoorraad te genereren. De enorme kosten van het lanceren en opnieuw bevoorraden van hulpbronnen vanaf de aarde zullen dat onpraktisch maken.

Mensen op Mars zullen moeten afstappen van volledige afhankelijkheid van verzonden vracht, en een hoog niveau van zelfvoorzienende en duurzame landbouw te bereiken.

De recente ontdekking van vloeibaar water op Mars - die nieuwe informatie toevoegt aan de vraag of we leven op de planeet zullen vinden - verhoogt de mogelijkheid om dergelijke voorraden te gebruiken om voedsel te verbouwen.

Maar water is slechts een van de vele dingen die we nodig hebben als we genoeg voedsel op Mars willen verbouwen.

Wat voor eten?

Eerder werk heeft het gebruik van microben als voedselbron op Mars gesuggereerd. Het gebruik van hydrocultuurkassen en gecontroleerde milieusystemen, vergelijkbaar met een die aan boord van het internationale ruimtestation wordt getest om gewassen te verbouwen, is een andere optie.

Deze maand, in het tijdschrift Genes, we bieden een nieuw perspectief op basis van het gebruik van geavanceerde synthetische biologie om de potentiële prestaties van het plantenleven op Mars te verbeteren.

Synthetische biologie is een snelgroeiend vakgebied. Het combineert principes uit de techniek, DNA-wetenschap, en computerwetenschap (naast vele andere disciplines) om nieuwe en verbeterde functies aan levende organismen te verlenen.

We kunnen niet alleen DNA lezen, maar we kunnen ook biologische systemen ontwerpen, test ze, en zelfs hele organismen te engineeren. Gist is slechts één voorbeeld van een industriële werkpaardmicrobe waarvan het hele genoom momenteel opnieuw wordt ontwikkeld door een internationaal consortium.

De technologie is zo ver gevorderd dat nauwkeurige genetische manipulatie en automatisering nu kunnen worden samengevoegd tot geautomatiseerde robotfaciliteiten, bekend als biofoundries.

Deze biofoundries kunnen parallel miljoenen DNA-ontwerpen testen om de organismen te vinden met de kwaliteiten die we zoeken.

Mars:aardachtig maar niet aarde

Hoewel Mars de meest aardachtige van onze naburige planeten is, Mars en aarde verschillen in veel opzichten.

De zwaartekracht op Mars is ongeveer een derde van die op aarde. Mars ontvangt ongeveer de helft van het zonlicht dat we op aarde krijgen, maar veel hogere niveaus van schadelijke ultraviolette (UV) en kosmische straling. De oppervlaktetemperatuur van Mars is ongeveer -60℃ en het heeft een dunne atmosfeer die voornamelijk bestaat uit koolstofdioxide.

In tegenstelling tot de aarde, die vochtig is en rijk is aan voedingsstoffen en micro-organismen die de plantengroei ondersteunen, Mars is bedekt met regoliet. Dit is een dor materiaal dat perchloraatchemicaliën bevat die giftig zijn voor de mens.

Ook – ondanks de laatste vondst van een meer onder het oppervlak – bestaat water op Mars meestal in de vorm van ijs, en door de lage atmosferische druk van de planeet kookt vloeibaar water rond de 5℃.

Planten op aarde zijn gedurende honderden miljoenen jaren geëvolueerd en zijn aangepast aan de terrestrische omstandigheden, maar ze zullen niet goed groeien op Mars.

Dit betekent dat substantiële hulpbronnen die schaars en onbetaalbaar zouden zijn voor mensen op Mars, zoals vloeibaar water en energie, zou moeten worden toegewezen om een ​​efficiënte landbouw te bereiken door kunstmatig optimale plantengroeiomstandigheden te creëren.

Planten aanpassen aan Mars

Een rationeler alternatief is het gebruik van synthetische biologie om gewassen specifiek voor Mars te ontwikkelen. Deze formidabele uitdaging kan worden aangepakt en versneld door een plantgerichte Mars-biofoundry te bouwen.

Een dergelijke geautomatiseerde faciliteit zou de engineering van biologische ontwerpen en het testen van hun prestaties onder gesimuleerde Mars-omstandigheden kunnen versnellen.

Met adequate financiering en actieve internationale samenwerking, zo'n geavanceerde faciliteit zou binnen tien jaar veel van de eigenschappen kunnen verbeteren die nodig zijn om gewassen op Mars te laten gedijen.

Dit omvat het verbeteren van fotosynthese en fotobescherming (om planten te helpen beschermen tegen zonlicht en UV-stralen), evenals droogte en koude tolerantie in planten, en het ontwikkelen van functionele gewassen met een hoge opbrengst. We moeten ook microben aanpassen om de bodemkwaliteit op Mars te ontgiften en te verbeteren.

Dit zijn allemaal uitdagingen die binnen de mogelijkheden van de moderne synthetische biologie liggen.

Voordelen voor de aarde

Het ontwikkelen van de volgende generatie gewassen die nodig is om mensen op Mars in stand te houden, zou ook grote voordelen hebben voor mensen op aarde.

Door de groeiende wereldbevolking neemt de vraag naar voedsel toe. Om aan deze vraag te voldoen, moeten we de landbouwproductiviteit verhogen, maar we moeten dit doen zonder onze omgeving negatief te beïnvloeden.

De beste manier om deze doelen te bereiken is het verbeteren van de gewassen die al op grote schaal worden gebruikt. Het opzetten van faciliteiten zoals de voorgestelde Mars Biofoundry zou een enorm voordeel opleveren voor de doorlooptijd van plantenonderzoek met implicaties voor voedselzekerheid en milieubescherming.

Dus uiteindelijk, de belangrijkste begunstigde van inspanningen om gewassen voor Mars te ontwikkelen, zou de aarde zijn.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.