کشاورزی در مریخ یکی از گام‌های نخست برای استعمار این سیاره است. تحقیقات در این راستا می‌تواند به روند بهبود امنیت غذایی و حفاظت زیست‌محیطی بر روی زمین هم کمک کند. در این نوشتار به این سؤال پاسخ می‌دهیم که انسان چگونه می‌تواند در مریخ محصولات غذایی تولید کند؟
در حال حاضر پروژه‌های زیادی توسط سازمان‌های مختلف دولتی و خصوصی در دست توسعه هستند تا بتوانند در طول یک دهه آینده یا بیشتر انسان را به سطح سیاره مریخ برسانند. یک مأموریت بلندپروازانه که جنبه‌های مختلفی دارد. کلنی کردن مریخ همواره به‌عنوان یکی از راه‌های ادامه بقای انسان مطرح بوده است. اما یک پرسش کلیدی وجود دارد. فرض کنیم مأموریت‌ها به‌سوی مریخ درنهایت روزی منجر به استقرار انسان‌ها و ساخت پایگاه در مریخ شود، در این حالت ما قرار است آنجا چه بخوریم و از چه تغذیه کنیم؟ آیا قرار است با خود آذوقه ببریم یا غذای خود را همان‌جا تهیه کنیم؟
اگر روزی انسان بتواند قدم روی سیاره سرخ بگذارد، بزرگ‌ترین چالشی که با آن مواجه است این است که از چه منبع غذایی پایداری استفاده کند. یک پاسخ این است که از زمین با خود غذا ببریم. اما با در نظر گرفتن هزینه‌های بالای پرتاب فضاپیما برای تأمین منابع غذایی، این پاسخ با احتمال بالایی غیرعملی است. انسان‌های روی سیاره مریخ باید به‌طور کامل نسبت به محموله‌های ارسالی از زمین بی‌نیاز باشند. آن‌ها باید به سطحی از خوداتکایی و کشاورزی پایدار دست پیدا کنند. اما کشاورزی در مریخ چگونه خواهد بود؟
کشاورزی در مریخ ؛ چگونه در مریخ محصولات زراعی بکاریم؟
احتمالاً فیلم مریخی (Martian 2015) را دیده‌اید. آنجا که فضانورد ناسا مارک واتنی (Mark Watney)، با بازی مت دیمون (Matt Damon)، در مریخ گرفتار می‌شود و برای ادامه زندگی خود، به‌عنوان یک گیاه‌شناس، تلاش می‌کند تا سیب‌زمینی کشت کند و البته که موفق هم می‌شود.
در بخشی از فیلم مریخی ساخته ریدلی اسکات، کارکتر مارک واتنی، که یک گیاه‌شناس است، پس‌ازآنکه متوجه شد در مریخ تنها است تصمیم گرفت زنده بماند. او نتیجه گرفت که موضوع اصلی غذاست و با استفاده از مدفوع انسانی به‌عنوان کود و سوخت موشک به‌عنوان راهی برای تولید آب، توانست در زیستگاه خود در مریخ، غذای خود را تأمین کند.
اخیراً اکتشافی انجام شد که نشان می‌دهد در زیر سطح مریخ، جایی در قطب جنوب این سیاره آب مایع وجود دارد. این اکتشاف مجدداً برای پاسخ به این سؤال که آیا حیات بر روی مریخ وجود دارد یا خیر، اطلاعات جدیدی ارائه می‌دهد. به‌علاوه این احتمال را تقویت می‌کنید که ما شاید بتوانیم با انتقال محموله‌هایی به این سیاره، ایده کشاورزی در مریخ را عملی کنیم.
اما برای توسعه نوعی پایدار از کشاورزی در مریخ که مواد غذایی ما را تأمین کند، ما به چیزهای زیادی نیاز داریم که آب یکی از آن‌هاست.
چه نوع کشاورزی مناسب مریخ است؟
مطالعات پیشین نشان می‌دهند که ما باید از میکروب‌ها به‌عنوان منبع غذایی در مریخ استفاده کنیم. استفاده از گلخانه‌های هیدروپونیک و سامانه‌های محیطی کنترل‌شده مشابه آن روش‌هایی که در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) برای پرورش مواد غذایی مورد آزمایش قرارگرفته‌اند نیز یکی دیگر از گزینه‌های موجود است.
ماه گذشته مقاله‌ای در ژورنال جینز (Genes) به چاپ رسید که بر اساس استفاده از بیولوژی سنتزی بهبودیافته، چشم‌انداز جدیدی برای تقویت پتانسیل‌های پرورش گیاه و کشاورزی در مریخ ارائه کرد. بیولوژی سنتزی تلاش دارد تا مرحله رشد در گیاه را تسریع کند. این حوزه مطالعاتی مهندسی، علوم مرتبط با دی ان ای (DNA) و علوم کامپیوتری و بسیاری از شاخه‌های دیگر را با هم یکدیگر ترکیب می‌کند تا به عملکرد بهبودیافته‌ای از زندگی ارگانیزم‌ها دست پیدا کند.
با استفاده از بیولوژی سنتزی نه‌تنها می‌توانیم دی‌ان‌ای را بخوانیم، بلکه می‌توانیم سامانه‌های زیستی طراحی، آن‌ها را آزمایش و حتی کل ارگانیزم را مهندسی کنیم. به‌عنوان یک مثال موفق از یک میکروب صنعتی می‌توانیم به مخمر اشاره‌کنیم. در حال حاضر ژنوم مخمر توسط یک کنسرسیوم بین‌المللی به‌طور کامل باز مهندسی‌شده است.
این فنّاوری مدت‌هاست که درحال‌توسعه و پیشرفت است. خودکارسازی و مهندسی ژنتیک دقیق که درنتیجه استفاده از نتیجه پیشرفته به وجود آمده است، لقب زیست کارخانه را به این علم داده است. این زیست کارخانه‌ها می‌توانند میلیون‌ها طراحی دی ان ای را به‌طور موازی مورد آزمایش قرار دهند تا ارگانیزم‌هایی باکیفیت‌ها مطلوب ما را پیدا کنند.
آیا محیط مریخ شباهتی به زمین دارد؟
درست است که دائماً می‌شنویم مریخ یکی از شبیه‌ترین سیارات به زمین در میان تمام اجرام همسایه‌مان است، اما سیاره سرخ تفاوت‌های زیادی با کره خاکی ما دارد. گرانش در سیاره مریخ حدود یک‌سوم زمین است. حدوداً به میزان نیمی از تابش خورشیدی را که ما در زمین دریافت می‌کنیم، در مریخ وجود دارد. بااین‌وجود میزان اشعه‌ی مضر ماورای بنفش (UV) و تابش‌های کیهانی در مریخ بیشتر است.
دمای سطح سیاره سرخ به‌طور میانگین منفی۶۰ درجه سانتی‌گراد است. به‌علاوه اتمسفر نازکی دارد که عمدتاً از کربن‌دی‌اکسیدی تشکیل‌شده است. برخلاف خاکِ زمین که مرطوب است و از مواد غذایی و میکرو ارگانیزم‌هایی که از رشد گیاهان پشتیبانی می‌کنند، غنی است، سطح مریخ از رگولیت (Regolith) تشکیل‌شده است. رگولیت ماده خشکی است که شامل مواد شیمیایی حاوی پر کلرات است که برای انسان‌ها سمی هستند.
علی‌رغم کشف اخیری که از وجود یک دریاچه آب مایع در زیر سطح مریخ خبر می‌دهد، آب در مریخ عموماً به شکل یخ وجود دارد و فشار جوی کم سیاره دمای جوش آب را به درجه سانتی‌گراد رسانده است.
در طول صدها میلیون سال گذشته گیاهان بر روی زمین تکامل پیداکرده‌اند و به شرایط زمینی آموخته‌شده‌اند. بنابراین انتظار نمی‌رود که گیاهان به این خوبی روی مریخ نیز رشد داشته باشند. این بدان معناست که منابع اساسی که برای انسان بر روی مریخ نادر و گران‌بها خواهند بود، مانند آب مایع و انرژی، می‌بایست طی یک کشاورزی کارآمد و با تولید مصنوعیِ شرایط بهینه رشد گیاه تأمین شوند.
آیا گیاهان با محیط مریخ سازگار خواهند شد؟
یک جایگزین منطقی‌تر به‌جای کشاورزی در مریخ استفاده از بیولوژی سنتزی برای توسعه محصولات در مریخ است. این چالش به‌غایت دشوار را می‌توان با ساخت یک زیست کارخانه متمرکز بر گیاه در مریخ مرتفع کرد. در این راستا تجهیزات خودکار پتانسیل سرعت بخشیدن به روندِ مهندسیِ طراحی‌های زیستی و آزمودن عملکرد آن‌ها تحت شرایط شبیه‌سازی‌شده مریخ رادارند.
درصورتی‌که سرمایه‌گذاری‌های متناسب و همکاری‌های بین‌المللی فعال به وجود بیاید، چنین امکانات پیشرفته‌ای می‌تواند منجر به بهبود بسیاری از ویژگی‌های موردنیاز برای ساخت محصولاتی زراعی، که برای یک دهه در مریخ رشد داشته باشند، شود. ازجمله این موارد می‌توان به بهبود عملکرد فتوسنتز و حفاظت نوری ،حفاظت نوری به معنای ایمن ساختن گیاهان در برابر تابش نور خورشید و اشعه ماورای بنفش است، مقاومت در برابر خشکی و سرما، مهندسی در راستای بهبود عملکرد محصولات نیز از دیگر زمینه‌هایی است که باید در آن‌ها پیشرفت‌هایی صورت گیرد. همچنین ما نیاز داریم تا میکروب‌ها را برای سم‌زدایی و بهبود کیفیت خاک مریخ تغییر دهیم.
همه این موارد چالش‌هایی هستند که بیولوژی سنتزی مدرن یارای مرتفع کردن آن‌ها را دارد.
فواید کشاورزی در مریخ برای زمین
توسعه نسل جدیدی از محصولات کشاورزی که برای تداوم حضور انسان بر روی سیاره سرخ موردنیاز خواهد بود، به‌نوبه خود می‌تواند برای انسان‌های روی زمین نیز فوایدی را به همراه داشته باشد. سیر تصاعدی افزایش جمعیت جهانی در طول دو قرن گذشته، افزایش تقاضاها برای غذا را نیز به دنبال داشته است. برای مرتفع کردن این درخواست ما چاره‌ای نداریم جز اینکه بهره‌وری کشاورزی خود را افزایش دهیم. اما برای انجام این کار حق نداریم تأثیرات منفی بر روی محیط‌زیستمان بگذاریم.
پرورش گیاه تنها راه زنده ماندن یک کلنی در مریخ نیست، اما می‌تواند نقش بسیار عظیمی داشته باشد. یکی از فواید گیاهان کاهش استرس و نگرانی است؛ به همین دلیل است که فضانوردان در ایستگاه فضایی در زیستگاه خود گیاهانی مانند خیار کشت می‌کنند.
بهترین راه برای تحقق این اهداف، بهبود محصولاتی است که تا پیش‌ازاین به‌طور گسترده‌ای مورداستفاده قرار می‌گرفتند. استفاده از تجهیزاتی مانند زیست کارخانه‌ها در صرفه‌جویی در زمانِ تحقیقاتی که در امنیت غذایی و حفاظت زیست‌محیطی کاربرد دارند، کاربردهای بسیار زیادی دارند. درنتیجه تلاش برای توسعه محصولات غذایی برای مریخ بیشترین نفع را در وهله اول برای کره خاکی ما دارد.