Синтетическая биология предложила решения для выживания на Луне и Марсе

Человечество вступает в новую эру освоения космоса. Частные компании SpaceX, Blue Origin и Virgin Galactic разрабатывают многоразовые корабли для отправки людей в дальний космос в ближайшие 5-10 лет. Крупные агентства, такие как NASA и ESA, планируют создание обитаемых баз на Луне и последующие экспедиции на Марс. Эти миссии будут беспрецедентными по своей продолжительности: полет на Марс и пребывание там займут от 900 до 1000 дней, а экспедиции на Луну продлятся до 30 дней.

Главный вызов таких полетов — полная или частичная автономия. Чем дальше от Земли астронавты, тем меньше они могут полагаться на поставки с родной планеты. Стоимость отправки грузов огромна, а задержки в связи исключают быструю помощь в экстренных ситуациях. Подсчеты показывают, что экипажу из шести человек для трехлетней миссии на Марс потребуется приблизительно 26 тонн еды и воды. Отправка такого объема грузов с Земли нецелесообразна как с экономической, так и с логистической точки зрения.

Решение этой проблемы лежит в создании замкнутых циклов жизнеобеспечения и максимальном использовании ресурсов, доступных на месте назначения. Эта концепция получила название «использование местных ресурсов», или ISRU. Она предполагает, что астронавты смогут производить все необходимое, от кислорода до строительных материалов, прямо на другой планете.

Синтетическая биология — научное направление, занимающееся созданием биологических систем с заданными свойствами и функциями — предлагает набор инструментов для воплощения этой концепции в жизнь. Группа ученых детально проанализировала потенциал этого научного направления для освоения космоса. Результаты опубликованы в журнале npj Microgravity.

В своей работе исследователи обобщили, как с помощью генно-инженерных организмов можно решить ключевые проблемы будущих колонистов. Основные направления включают производство материалов, регенерацию ресурсов, защиту от радиации и поддержание здоровья.

Одним из перспективных направлений стало создание строительных материалов. Например, бактерию Sporosarcina pasteurii можно запрограммировать на производство биоцемента из реголита и делать из него кирпичи для строительства защитных сооружений. Мицелий грибов предложили использовать как основу для выращивания мебели и даже корпусов роверов. Такие структуры способны к самовосстановлению, а пигмент меланин, который производят многие грибы, дает дополнительную защиту от радиации. Микроорганизмы также могут играть роль «шахтеров», извлекая из реголита полезные металлы и минералы.

Другая важная задача — создание биорегенеративных систем жизнеобеспечения, которые имитируют земные экосистемы в миниатюре и позволяют непрерывно производить пищу, кислород и чистую воду. Основой послужат генетически модифицированные растения, водоросли и цианобактерии. Они будут поглощать углекислый газ, который выдыхают астронавты, вырабатывать кислород и питательную биомассу. Синтетическая биология позволит сделать эти организмы более устойчивыми к стрессу и обогатить их витаминами и антиоксидантами. Это критически важно, поскольку упакованная еда со временем теряет питательную ценность.

Серьезной угрозой в дальнем космосе остается радиация. За пределами защитного магнитного поля Земли ее уровень возрастает в сотни раз. Инженерные микроорганизмы могут производить радиопротекторные вещества, например пигменты каротиноиды или меланин, которые можно будет использовать в качестве пищевых добавок либо компонентов защитных кремов. Также можно научить микробы нейтрализовывать токсичные вещества, такие как перхлораты, которые в большом количестве содержатся в почве Марса. Это позволит очищать воду и грунт, делая их пригодными для использования.

Наконец, синтетическая биология предлагает решения для поддержания здоровья экипажа. Микрогравитация и радиация ослабляют иммунитет, вызывают потерю костной и мышечной массы. Вместо того чтобы везти с собой огромную аптечку, астронавты смогут производить лекарства по мере необходимости.

Для этого в специальных биореакторах будут культивировать инженерные дрожжи или бактерии, например Saccharomyces cerevisiae и Bacillus subtilis. Эти микроорганизмы смогут синтезировать антибиотики, обезболивающие, гормоны и другие важные препараты. Кроме того, можно создать живые биосенсоры, которые будут отслеживать состояние здоровья астронавтов либо анализировать пробы на наличие патогенов.

Исследование показало, как синтетическая биология может стать мощным практическим инструментом для будущих космических миссий. Технологии, разработанные для выживания на других планетах, могут принести огромную пользу и на Земле. Они открывают путь к более устойчивому сельскому хозяйству, новым методам переработки отходов и созданию персонализированных лекарств.

Илья Гриднев

77 статей

Автор материалов на стыке разных областей знания — от археологии и палеонтологии до физики и технологий. Интересуется тем, как работает мир, и рассказывает об этом понятно и увлекательно.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram