火星の条件でシアノバクテリアを成長させるための新しい方法が開発されました

NASAは、他の主要な宇宙機関と協力して、最初の有人ミッションを2030年代初頭に火星に送ることを計画していますが、SpaceXのような企業はそれよりも早くそうするかもしれません。

火星の人々は、酸素、水、食料、その他の物資を必要とします。地球からそれらを輸入することは長期的には非現実的であるため、それらは火星から来なければなりません。科学者たちは、シアノバクテリアのアナベナが、地元のガス、水、その他の栄養素を使用して、低圧下でのみ成長できることを初めて示しました。これにより、持続可能な生物学的生命維持システムの開発が大幅に促進されます。

「シアノバクテリアは、火星の大気中にある低全圧のガスを炭素と窒素の供給源として使用できることを示しています。これらの条件下で、シアノバクテリアは火星のほこりのみを含む水中で成長する能力を保持し、他の微生物を養うために使用することができました。これは、火星への長期的なミッションを持続可能にするのに役立つ可能性があります」と、研究の筆頭著者であるドイツのブレーメン大学の宇宙生物学者であるCyprienVerse博士は述べています。

低圧雰囲気

シアノバクテリアは、すべての種が光合成によって酸素を生成する一方で、一部の種は大気中の窒素を栄養素として固定できるため、宇宙旅行における生物学的生命の候補と長い間考えられてきました。

難しさは、火星の大気中で直接成長することができないという事実にあります。火星の全圧は地球の1％未満であり、6〜11 GPaであり、液体の水の存在には小さすぎますが、分圧はガス状窒素の圧力は0.2から0.3GPaであり、それらの代謝には小さすぎます。

しかし、地球のような大気を再現することはコストのかかる作業です。ガスは輸入されなければならず、栽培システムは信頼できるものでなければなりません。したがって、圧力の変化に耐えるために輸送するのは重いでしょう。したがって、研究者たちは、シアノバクテリアがよく成長することを可能にする火星に近い大気という中間点を探していました。

適切な大気条件を見つけるために、科学者。 Atmos（「火星に関連する有機システムの大気テスター」）と呼ばれるバイオリアクターを開発しました。このバイオリアクターでは、シアノバクテリアを人工大気中で低圧で増殖させることができます。

すべての物質は赤い惑星自体から来なければなりません：窒素と二酸化炭素、火星の大気中に豊富なガス、そして氷から抽出できる水に加えて、栄養素は惑星を覆う塵である「レゴリス」から来なければなりません。火星のレゴリスは、リン、硫黄、カルシウムなどの栄養素が豊富です。

アナベナ：火星のほこりで育った多用途のシアノバクテリア

Atmosには9つの1リットルのガラスとスチールの容器があり、それぞれが滅菌、加熱、圧力制御、デジタル制御され、培養物は内部で継続的に攪拌されます。

著者らは、窒素固定シアノバクテリアアナベナ属の菌株を選択しました。 PCC 7938は、予備テストで火星の資源を特にうまく利用し、他の生物の成長に役立つことが示されているためです。密接に関連する種は、食用であり、遺伝子操作されており、過酷な環境で生き残るために特殊な休眠細胞を形成することができることが示されています。

科学者たちは最初に、96％の窒素と4％の二酸化炭素の混合物の下で100GPaの圧力でアナベナを10日間栽培しました。これは地球の10分の1です。シアノバクテリアは通常の条件下と同様に成長しました。

次に、調整雰囲気とレゴリスの組み合わせをテストしました。火星からレゴリスが持ち込まれたことは一度もないため、セントラルフロリダ大学が開発した基板（「火星グローバルシミュレーター」と呼ばれる）を使用して、成長環境を作成しました。対照として、アナバエナエは、周囲空気または同じ人工低圧雰囲気のいずれかで、標準的な環境で成長させた。

シアノバクテリアは、低圧で窒素と二酸化炭素が豊富な混合物の下でのレゴリスを含む、あらゆる条件下でよく成長しました。予想通り、どのような雰囲気でも、火星のグローバルシミュレーターよりも、標準的なシアノバクテリアに最適化されたメディアでより速く成長しました。しかし、それでも大成功です。標準的な媒体は地球から輸入する必要がありますが、レゴリスは火星に遍在しています。 「私たちは火星で利用可能な資源を、それらだけを栄養素として利用したいと思っています」と研究者たちは言います。

乾燥したアナベナのバイオマスを粉砕し、滅菌水に懸濁し、ろ過し、大腸菌を増殖させるための基質として使用することに成功しました。これにより、糖、アミノ酸、その他の栄養素を抽出して、丈夫ではないが他の細菌に栄養を与えることができます。実績のあるバイオテクノロジーツール。

たとえば、大腸菌はアナベナよりも簡単に設計して、アナベナが提供できない火星で食料や薬を生産することができます。

研究者たちは、窒素固定、酸素生成シアノバクテリアは、地元の成分のみを使用して、制御された条件下で、火星上で低圧で効率的に成長できると結論付けました。

これらの結果は重要な前進です。しかし、著者はさらなる研究が必要であると警告しています。「この概念実証から火星で効果的に使用できるシステムに移行したい」とCyprienVersayは述べています。

科学者たちは、成長に最適な圧力、二酸化炭素、窒素の組み合わせを微調整するだけでなく、おそらく宇宙旅行に遺伝的に適応した他の種類のシアノバクテリアをテストすることを提案しています。火星の栽培システムを開発することも必要です：

「私たちの大気バイオリアクターは、火星で使用する培養システムではありません。火星で提供する地球の状態をテストするように設計されています。しかし、私たちの結果は火星の文化システムの開発に役立ちます。たとえば、圧力が低いということは、屋内と屋外の大きな違いに対処する必要がないため、輸送が容易な軽量構造を開発できることを意味します」とCyprienVerse氏は結論付けています。