Grzyby odegrają kluczową rolę w kolonizacji Marsa i Księżyca

Organizmy żywe, w tym grzyby, mogą stać się częścią kosmicznych habitatów stawianych w przyszłości na Marsie i Księżycu. Mogłyby pomóc w wykorzystaniu miejscowych zasobów i jednocześnie stać się częścią systemu podtrzymywania życia – uważa architekt dr inż. Monika Brandić Lipińska z Uniwersytetu w Innsbrucku.

Grzyby odegrają kluczową rolę w kolonizacji Marsa i Księżyca

Dr inż. Monika Brandić Lipińska specjalizuje się w architekturze w środowiskach ekstremalnych, w szczególności w architekturze kosmicznej. Na uczelni w Innsbrucku (Austria) prowadzi Integrative Design/Extremes (Instytut Architektury Eksperymentalnej). Ze swoim zespołem pracuje nad wykorzystaniem organizmów żywych, takich jak grzybnia czy celuloza bakteryjna, do budowy kosmicznych habitatów.

W badaniach wykorzystuje też surowce dostępne bezpośrednio na miejscu, takie jak regolit czy energia słoneczna, do wytwarzania materiałów budowlanych. Opracowywane technologie służą funkcjom strukturalnym oraz mają zapewniać mieszkańcom habitatów komfort psychiczny, na przykład dzięki zróżnicowanym fakturom i teksturom materiałów, a także wspierać codzienne funkcjonowanie habitatu, np. poprzez filtrację wody czy biosensory.

Badacz podkreśliła, że kosmiczna architektura wymaga nietypowego podejścia i trzeba w jej ramach rozwijać nietypowe, odważne technologie. Wskazała, że jedną z cech architektury kosmicznej jest to, że trzeba w niej łączyć różne, nawet wydawałoby się zaskakujące dziedziny. Stąd pomysł wykorzystania biologii, a konkretnie materiałów biologicznych, które mogłyby rosnąć już na miejscu – na Marsie czy na Księżycu.

– Współpracując z zespołem z NASA Ames Research Center, prowadzonym przez dr Lynn Rothschild, dołączyłam do projektu, który badał zastosowanie grzybni do tworzenia baz na Księżycu i Marsie. Byłam zaangażowana w ten projekt w ramach doktoratu rozwijanego w Hub for Biotechnology in the Built Environment na Newcastle University – powiedziała.

Grzybnia jako materiał konstrukcyjny

Dodała, że w NASA powstała strategia polegająca na tym, że materiał biologiczny umieszcza się wewnątrz podwójnej ściany nadmuchiwanego habitatu. – W tej przestrzeni organizmy mają odpowiednie warunki do życia, m.in. temperaturę, wilgotność czy ciśnienie. Takie organizmy mogłyby np. wspierać układ podtrzymywania życia, choćby przez przetwarzanie biologicznych odpadów czy produkcję tlenu – opisała.

W ramach doktoratu, realizowanego we współpracy z zespołem NASA, badacz skupiła się na wykorzystaniu grzybni jako materiału konstrukcyjnego. Sprawdzała możliwość łączenia grzybni z regolitem – najbardziej dostępnym surowcem na Księżycu czy Marsie – w celu tworzenia „żywych” cegieł, minimalizując przy tym ilość materiału biologicznego potrzebnego do wytworzenia kompozytu.

– Dzięki temu do budowy wystarczyłaby niewielka ilość materiału biologicznego, a wykorzystać można byłoby miejscowe zasoby, czy to marsjańskie lub księżycowe. To ważne, ponieważ zależy nam, aby maksymalnie zmniejszać ilość materiału przywożonego z Ziemi – podkreśliła.

Grzyby z Czarnobyla przyczynią się do kolonizacji Marsa i Księżyca?

Dr Brandić Lipińska wyjaśniła, że grzyb działa w tym przypadku jak swego rodzaju klej, który scala i stabilizuje luźny regolit. Takie cegły mogłyby mieć nieregularne kształty i tylko luźno do siebie przylegać, a rosnąca grzybnia łączyłaby strukturę w spójną całość. – To dopiero wstępne pomysły i do ewentualnej budowy habitatów jeszcze długa droga, ale badamy możliwość łączenia grzybni z regolitem – powiedziała.

Podkreśliła też, że takie cegły, na czas ich wytwarzania i konstrukcji struktury habitatu, musiałyby być umieszczone w zamkniętej, np. nadmuchiwanej przestrzeni. Po pierwsze bowiem, grzybnia będzie potrzebować odpowiednich warunków do wzrostu, takich jak atmosfera, ciśnienie, temperatura itp., a ponadto badacze nie chcą zanieczyszczać obcym życiem na przykład Marsa.

Zespół dr Brandić Lipińskiej dotąd pracował na grzybach naturalnych, ale istnieją też inne możliwości. – Istnieje coraz lepiej rozwinięta dziedzina modyfikacji genetycznych. Myśleliśmy na przykład o wykorzystaniu grzyba znalezionego w Czarnobylu, który zawiera specjalny rodzaj barwnika – melaniny pochłaniającej promieniowanie jonizujące. Niestety, w obecnej formie taki grzyb nie byłby wystarczający do ochrony ludzi przed promieniowaniem, ale być może dałoby się jego właściwość wykorzystać do opracowania grzyba przydatnego w naszych konstrukcjach i bardziej odpornego na promieniowanie – powiedziała badacz.

Zwróciła przy tym uwagę na inny aspekt wykorzystania organizmów żywych, jakim jest adaptacja do różnych warunków środowiskowych.

– Na przykład na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej testowano bakterie produkujące celulozę. Jak się okazało, badane szczepy w obecności kosmicznego promieniowania wytwarzały tej celulozy więcej niż w ziemskich warunkach. Istnieje więc możliwość opracowania organizmów, które na Marsie czy na Księżycu, pod ważnymi dla nas względami będą funkcjonować lepiej niż na Ziemi. Teraz na przykład pracujemy nad celulozą produkowaną przez bakterie z wykorzystaniem zasobów obecnych na Marsie – opisała architekt.

Zwróciła jednak uwagę, że praca z materiałem biologicznym stwarza szczególne wyzwania, których często nie ma przy wykorzystaniu tradycyjnych technologii.

– Główne ryzyko jest takie, że systemy biologiczne z zasady nie dają takiej przewidywalności, jak typowa technologia. Nawet na Ziemi często trudno jest uzyskać stałe zachowanie żywych systemów przy niezmiennych warunkach. Kolejne wyzwanie polega na zapewnieniu wykorzystanym organizmom odpowiednich warunków do życia i składników odżywczych. Na Marsie czy na Księżycu to duże wyzwanie. Choć niektóre organizmy mogą wspomagać ludzi, np. produkując tlen i wykorzystując odpady, to czasami mogą też z ludźmi konkurować o zasoby, np. wodę – wymieniła ekspert.

Jak na ziemskie organizmy wpłynie dużo niższa grawitacja Marsa?

Jak zaznaczyła, do tego dochodzi grawitacja – Nie do końca wiemy, jak badane przez nas organizmy będą się zachowywały w dużo niższej niż ziemska grawitacji działającej na Marsie czy Księżycu. Są już dostępne wyniki pewnych eksperymentów prowadzonych na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, ale nadal wiele musimy się nauczyć. Teraz rozpoczynamy badania we współpracy z zespołem z Politechniki Wrocławskiej, prowadzone przez dr Annę Jurgę, w ramach których będziemy testować różne organizmy w symulowanej grawitacji księżycowej, marsjańskiej i mikrograwitacji, sprawdzając m.in. jej wpływ na rozwój i funkcjonowanie organizmów – podkreśliła badacz.

Przed naukowcami jeszcze wiele badań prowadzonych także w przestrzeni kosmicznej. – Obecnie sprawdzamy różne ścieżki rozwoju – chcemy przede wszystkim zwiększyć paletę technologii, które w przyszłości będzie można wykorzystać w kosmicznej architekturze. Nie wiemy, które pomysły będą wykorzystane w praktyce. Na razie prowadzimy badania na dość wczesnym etapie – powiedziała naukowiec.

Zaznaczyła, że choć możliwe są różnorodne eksperymenty prowadzone na Ziemi, np. w symulatorze środowiska księżycowego czy marsjańskiego, to będą potrzebne eksperymenty w kosmosie. Na początku mogłyby obejmować odpowiednio zminiaturyzowane elementy umieszczane na orbicie, np. na stacji kosmicznej.

– A później, gdy już ludzie nieco zadomowią się na Księżycu, badania przeniosą się na Srebrny Glob, a kiedyś może na Marsa – podsumowała dr Monika Brandić Lipińska.

PAP/Marek Matacz/MJ