كيف يمكن للطحالب القشرية الاصطناعية بناء قواعد مارس ذات النمو الذاتي

البناء باستخدام غبار المريخ

في السنوات العشر الماضية، أدى التقدم الجذري الذي حققته شركة SpaceX (SPCX ) وغيرها من الشركات الخاصة في مجال الفضاء إلى تحويل العديد من مشاريع الفضاء من الخيال العلمي إلى واقع محتمل خلال حياتنا.

إحدى هذه الأفكار هي إنشاء قواعد دائمة مأهولة على القمر والمريخ. العامل هنا هو أن تكلفة الوصول إلى المدار والفضاء العميق قد انخفضت إلى عُشر ما كانت عليه، مما جعل العديد من الأفكار الآن عملية.

من المحتمل، إلى حد ما، أن تكون الوحدات الأولى لقاعدة ما مشابهة لقواعد القطب الجنوبي، حيث يتم إسقاط الكثير من الأنظمة الجاهزة في الموقع، أو إعادة استخدامها من مواد معاد تدويرها، مثل، على سبيل المثال، خزانات الصواريخ الفارغة، أو حفر الأنفاق.

على المدى الطويل، سيحتاج الأمر إلى مواد أخرى لتجاوز الحد الأقصى المبدئي المتمثل في عشرة رواد فضاء وبناء مرافق أكبر. وحتى إذا تم دفن معظم المرافق، سيظل هناك حاجة إلى العديد من المباني السطحية.

مثاليًا، سيتطلب بناءها استخدام الموارد المحلية لتغطية 99٪ من عملية الإنشاء، مع استيراد فقط الآلات المعقدة أو الإلكترونيات أو المعادن النادرة من الأرض.

يمكن أن تكون الفكرة هي استخدام الغبار والرمل والصخور المحلية كمواد بناء لإنشاء مساكن أكبر وأكثر مقاومة للإشعاع. قد يكون العلماء في جامعة نبراسكا-لينكولن وجامعة تكساس إيه&إم قد وجدوا طريقة لخلط غبار المريخ والكائنات الدقيقة لإنشاء مادة حيوية تلصق المعادن المحلية معًا لتشكيل هيكل قابل للاستخدام.

نشروا نتائجهم في مجلة علوم وهندسة التصنيع¹، تحت العنوان “التصنيع الحيوي للمواد الحية الهندسية للبناء على المريخ: تصميم المجتمع الاصطناعي”.

كيف نبني على المريخ

عند مناقشة بناء أي شيء على المريخ، تكون قائمة المتطلبات شاقة إلى حد ما:

• هيكل قوي يتحمل تأثيرات الميكروميتيويدات.
• جدران ومفاصل محكمة الإغلاق تحافظ على الهواء القابل للتنفس داخلها وتمنع الغبار الرقيق الخروج، رغم الضغط الجوي المنخفض جدًا.
• عزل حراري جيد، حيث متوسط درجة حرارة المريخ هو -65°C/-85°F، وتكون أبرد بكثير في الشتاء، أثناء الليل، أو في المناطق القطبية.
• متانة، حيث أن جميع جهود البناء مكلفة جدًا، وأي فشل سيتطلب التخلي عن الموطن.

خيار، ليس فقط على المريخ بل أيضًا على الأرض، هو طباعة ثلاثية الأبعاد (التصنيع الإضافي) للمباني بالكامل. ومع ذلك، فإن نقص الماء، والحاجة إلى العمالة البشرية، والظروف غير المؤكدة على المريخ تجعل من الصعب التأكد من أن التقنية ستنجح، على الأقل كما تُفهم حتى الآن.

“من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد، يمكن تصنيع مجموعة واسعة من الهياكل، مثل المباني، المنازل، والأثاث.”
ربط جزيئات التربة المريخية، بما في ذلك تلك القائمة على المغنيسيوم، والسلفر، وإنشاء الجيوبوليمر. ومع ذلك، تتطلب جميع هذه الطرق مساعدة بشرية كبيرة وبالتالي لا يمكن تنفيذها مع نقص القوى العاملة الواضح على المريخ.

استخدام الطحالب القشرية كمواد بناء على المريخ

على الأرض، تُعد الطحالب القشرية من بين أقوى الكائنات الحية، حيث يمكنها البقاء على قيد الحياة بكمية قليلة فقط من الرطوبة في الهواء والعناصر الغذائية النادرة الموجودة في الغبار العائم، مما يمكنها من الصمود في أكثر البيئات عدائية مثل الصحاري وقمم الجبال.

كما أنها مقاومة للغاية للإشعاع، وتتحمل الجفاف، وبشكل عام، هي أول كائن حي من المرجح أن يبقى على قيد الحياة على المريخ، أو على الأقل مريخ مُعَدّ جزئيًا.

كيف تحقق الطحالب القشرية هذا الإنجاز هو من خلال دمج صلابة الفطريات مع قدرة الطحالب على إنتاج الغذاء والطاقة من ضوء الشمس، لتكوين كائن حي تكافلي صناعي واحد.

المصدر: Ecobiohub

هذا يجعل الطحالب القشرية نموذجًا جيدًا للتقليد في صنع أي نوع من المواد الحيوية على المريخ، حيث يمكنها النمو في ظروف غير مثالية.

لقد تم استكشاف هذه الفكرة بالفعل، مع النظر في التمعدن الحيوي للبكتيريا لربط جزيئات الرمل لتكوين طوب، واستخدام البكتيريا الميوروليتية لتعزيز إنتاج كربونات الكالسيوم لصنع الطوب، واستكشاف وكالة ناسا لاستخدام خيوط الفطريات كعامل ربط.

ومع ذلك، كان كل من هذه التجارب محدودًا بنوع أو سلالة واحدة؛ وبالتالي، تتطلب بقاءها إمدادًا مستمرًا بالمغذيات، مما يعني الحاجة إلى تدخل خارجي. ومرة أخرى، نقص القوى العاملة على المريخ يجعل ذلك تحديًا.

كيف يمكن للطحالب القشرية الاصطناعية تمكين البناء على المريخ

أدرك الباحثون في تكساس ونبراسكا أن نشاطًا ميكروبيًا أكثر استقلالية كان ضروريًا للتطبيقات العملية المستقبلية.
قاموا بخلط عدة كائنات، كل منها يكمل الأخرى، كما تفعل الطحالب والفطريات في الطحالب القشرية.

يمكننا بناء مجتمع اصطناعي من خلال تقليد الطحالب القشرية الطبيعية. لقد طورنا طريقة لبناء طحالب قشرية اصطناعية لإنشاء مواد حيوية تلصق جزيئات التربة المريخية لتكوين هياكل.

Dr. Congrui Grace Jin – Aأستاذ مساعد في برنامج الهندسة الميكانيكية وتكنولوجيا الهندسة التصنيعية في جامعة تكساس إيه&إم
ومع ذلك، تستخدم هذه الطحالب القشرية الاصطناعية خلايا السيانوبكتيريا (خلايا فلورية حمراء اللون) بدلاً من خلايا الطحالب، حيث أن هذه البكتيريا الضوئية أكثر صلابة وأكثر استقلالية عن المدخلات الخارجية.

المصدر: Phys.org

تُنشئ الفطريات الخيطية الدقيقة مادة ربط، تلصق كميات كبيرة من المعادن الحيوية، مكونة النواة التي يمكن من خلالها نمو مواد البناء.

تُنتج السيانوبكتيريا السكر والأكسجين والطاقة لتغذية الفطريات بينما تحميها.

هذا ليس كل شيء. بالإضافة إلى الحرارة والأكسجين والهواء القابل للتنفس، فإن تربة المريخ فقيرة جدًا في النيتروجين (النترات والأمونيا)، وهو مكون أساسي للجزيئات الحيوية مثل البروتينات والحمض النووي DNA والحمض النووي RNA. يمكن لهذه السيانوبكتيريا أيضًا تثبيت النيتروجين الجوي إلى شكل متوافق حيويًا.

المصدر: British Ecological Society