È stato sviluppato un nuovo metodo per la crescita dei cianobatteri in condizioni marziane

La NASA, in collaborazione con altre importanti agenzie spaziali, prevede di inviare le sue prime missioni con equipaggio su Marte all'inizio degli anni '30, mentre aziende come SpaceX potrebbero farlo anche prima.

Le persone su Marte avranno bisogno di ossigeno, acqua, cibo e altri rifornimenti. Devono venire da Marte perché importarli dalla Terra sarebbe impraticabile a lungo termine. Gli scienziati hanno ora dimostrato per la prima volta che i cianobatteri Anabaena possono essere coltivati ​​solo utilizzando gas locali, acqua e altri nutrienti ea bassa pressione. Ciò facilita notevolmente lo sviluppo di sistemi di supporto vitale biologico sostenibili.

“Dimostriamo che i cianobatteri possono utilizzare i gas nell'atmosfera marziana a bassa pressione totale come fonte di carbonio e azoto. In queste condizioni, i cianobatteri hanno mantenuto la capacità di crescere in acqua contenente solo polvere marziana e potevano ancora essere utilizzati per nutrire altri microbi. Ciò potrebbe contribuire a rendere sostenibili le missioni a lungo termine su Marte ", afferma l'autore principale dello studio, il dott. Cyprien Verse, astrobiologo presso l'Università di Brema, in Germania.

Atmosfera a bassa pressione

I cianobatteri sono stati a lungo considerati candidati alla vita biologica nei viaggi spaziali, poiché tutte le specie producono ossigeno attraverso la fotosintesi, mentre alcune possono fissare l'azoto atmosferico per i nutrienti.

La difficoltà sta nel fatto che non possono crescere direttamente nell'atmosfera di Marte, dove la pressione totale è inferiore all'1% di quella terrestre - da 6 a 11 GPa, che è troppo piccola per la presenza di acqua liquida, mentre la pressione parziale la pressione dell'azoto gassoso è da 0,2 a 0,3 GPa è troppo piccola per il loro metabolismo.

Ma ricreare un'atmosfera simile alla Terra sarebbe un'impresa costosa: i gas dovrebbero essere importati, mentre il sistema di coltivazione dovrebbe essere affidabile, quindi pesante da trasportare per resistere ai cambiamenti di pressione. Pertanto, i ricercatori stavano cercando una via di mezzo: un'atmosfera vicina a quella marziana, che consente ai cianobatteri di crescere bene.

Per trovare condizioni atmosferiche adeguate, scienziati. hanno sviluppato un bioreattore chiamato Atmos (per “Atmospheric Tester for Organic Systems Associated with Mars”), in cui i cianobatteri possono essere coltivati ​​in atmosfere artificiali a bassa pressione.

Qualsiasi sostanza deve provenire dal Pianeta Rosso stesso: oltre all'azoto e all'anidride carbonica, i gas abbondanti nell'atmosfera di Marte e l'acqua che si può ottenere dal ghiaccio, i nutrienti devono provenire dalla "regolite", la polvere che ricopre il pianeta . La regolite marziana è ricca di sostanze nutritive come fosforo, zolfo e calcio.

Anabaena: cianobatteri versatili cresciuti sulla polvere marziana

Atmos dispone di nove contenitori in vetro e acciaio da 1 litro, ciascuno sterile, riscaldato, a pressione controllata e controllata digitalmente, mentre le colture vengono continuamente mescolate all'interno.

Gli autori hanno scelto il ceppo di cianobatteri azoto-fissatori Anabaena sp. PCC 7938, perché test preliminari hanno dimostrato che utilizzerà le risorse marziane particolarmente bene e aiuterà a far crescere altri organismi. Le specie strettamente correlate hanno dimostrato di essere commestibili, geneticamente modificate e in grado di formare cellule dormienti specializzate per sopravvivere a condizioni difficili.

Gli scienziati hanno coltivato Anabaena per la prima volta per 10 giorni sotto una miscela di 96% di azoto e 4% di anidride carbonica a una pressione di 100 GPa, dieci volte inferiore rispetto alla Terra. I cianobatteri sono cresciuti così come in condizioni normali.

Hanno quindi testato la combinazione di un'atmosfera modificata con regolite. Poiché nessuna regolite era mai stata portata da Marte, hanno utilizzato un substrato sviluppato dall'Università della Florida centrale (chiamato "Mars Global Simulator") per creare un ambiente di crescita. Come controllo, le anabaene sono state coltivate in un ambiente standard, nell'aria ambiente o nella stessa atmosfera artificiale a bassa pressione.

I cianobatteri crescevano bene in qualsiasi condizione, anche nella regolite sotto una miscela ricca di azoto e anidride carbonica a bassa pressione. Come previsto, sono cresciuti più velocemente su supporti ottimizzati per cianobatteri standard che su Martian Global Simulator, in qualsiasi atmosfera. Ma questo è ancora un grande successo: mentre il mezzo standard dovrebbe essere importato dalla Terra, la regolite è onnipresente su Marte. "Vogliamo utilizzare le risorse disponibili su Marte per i nutrienti, e solo loro", dicono i ricercatori.

La biomassa essiccata di Anabaena è stata frantumata, sospesa in acqua sterile, filtrata e utilizzata con successo come substrato per la crescita di batteri E. coli, dimostrando che gli zuccheri, gli amminoacidi e altri nutrienti possono essere estratti da essi per nutrire altri batteri che sono meno resistenti, ma strumenti biotecnologici comprovati.

Ad esempio, E. coli può essere progettato più facilmente di Anabaena per produrre cibo e medicine su Marte che Anabaena non può fornire.

I ricercatori hanno concluso che i cianobatteri che fissano l'azoto e producono ossigeno potrebbero essere coltivati ​​in modo efficiente su Marte a bassa pressione in condizioni controllate utilizzando solo ingredienti locali.

Questi risultati rappresentano un importante passo avanti. Ma gli autori avvertono che sono necessarie ulteriori ricerche: "Vogliamo passare da questo proof-of-concept a un sistema che può essere efficacemente utilizzato su Marte", afferma Cyprien Versay.

Gli scienziati propongono di mettere a punto la combinazione di pressione, anidride carbonica e azoto ottimale per la crescita, nonché di testare altri tipi di cianobatteri, eventualmente geneticamente adattati per il volo spaziale. È inoltre necessario sviluppare un sistema di coltivazione per Marte:

“Il nostro bioreattore Atmosphere non è il sistema di coltivazione che utilizzeremmo su Marte: è progettato per testare le condizioni sulla Terra che forniremo lì. Ma i nostri risultati aiuteranno nello sviluppo di un sistema culturale marziano. Ad esempio, la pressione inferiore significa che possiamo sviluppare una struttura più leggera che è più facile da trasportare in quanto non deve sopportare le grandi differenze tra lo spazio interno ed esterno ", conclude Cyprien Verse.