Μπορεί ένα υπερανθεκτικό έρημο μούχλο να είναι το κλειδί για την ‘Πράσινη’ μετατροπή του Άρη;

Πράσινη Μετατροπή του Άρη

Science fiction writers and scientists have long dreamed of how to transform Mars into a lush and green planet, a process called terraformation. This would be a very ambitious project, as Mars is currently a very harsh environment. It has a very thin atmosphere, no liquid water, and serious levels of radiation. The temperature is also, on average, -65°C/-85°F.

It is assumed that some level of megaprojects will be needed to terraform Mars. For example, we might need to warm the planet with metallic nanorods produced in industrial quantities. We might also extract some of the water trapped in the underground ocean 10-15km deep under the planet’s crust.

But even if these efforts warm the planet up somewhat, densify its atmosphere, and provide more moisture and liquid water, it will still be a very unforgiving place at first. Luckily, research on desert ecosystems on Earth gives us an outlook on how we could get life to start thriving on Mars.

Δημιουργία Εδάφους

Some of Earth’s organisms can grow in very harsh conditions directly on rocks, like lichens and cyanobacteria. They are often the last surviving life forms in places like deserts, naked rocks, and mountaintops.

However, they are very slow to grow and unlikely to accumulate enough biomass to really speed up the emergence of a strong Martian ecosystem.

Πηγή: Encyclopedia Of The Environment

This is a problem, as any more complex ecosystem will need to grow in actual soil, which needs to contain a lot of organic matter. Soil is not just minerals and cannot be industrially produced; it will need to be generated by the ecosystem itself once humans initiate it.

For this, larger production of carbon-based biomass is required than what lichens will be able to produce.

More promising are mosses, thanks to their resistance to temperature and water stress, while still growing from photosynthesis and producing a substantial amount of biomass.

A key part of greening Mars’ desert will be to create a biological soil crust (BSC). BSC is a widespread type of ground cover often found in arid lands. It consists of organic complexes of cryptogamic plants such as lichens and mosses, microbes such as cyanobacteria, and the secretions from these organisms that become mixed with soil particles.

In some desert regions, BSC covers up to 70% of the area, significantly increasing the water-holding capacity and structural stability of the underlying sand.

Interestingly, BSC is responsible for 1/4^th of the total biological nitrogen fixation of terrestrial ecosystems worldwide, and is often referred to as Earth’s “living skin.”

Το Θαυματουργό Μούχλο

Researchers from the State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology at the Xinjiang Institute of Ecology and Geography and the National Space Science Center at the Chinese Academy of Sciences worked together to identify a moss that could do the job on Mars.

They published their results in a scientific publication titled “The extremotolerant desert moss Syntrichia caninervis is a promising pioneer plant for colonizing extraterrestrial environments.”

Syntrichia caninervis, also known as steppe screw moss, is a type of moss specialized in surviving harsh desert environments. It can be found all over the world, from Antarctica to the Tibetan Plateau to North Africa and North American deserts.

Πηγή: Cell

Syntrichia is extremely resistant to desiccation, recovering after >98% water loss.

It can also survive temperatures as low as −196°C, much colder than even the worst temperature ever recorded on Mars, even less the more “clement” weather of the equatorial regions that can go above freezing water temperatures.

Απρόσβλητο στην Υδρική Ένταση

The extreme resistance of Syntrichia to drought cannot be understated. The plant can lose almost all of its water and survive, turning into a dark green and then black color.

Even more impressively, the desiccated plants turn green and rapidly recover their photosynthetic capacity within seconds of rehydration.

Πηγή: Cell

These plants remain photosynthetically active under snow cover and can maintain vigorous growth, contributing up to 49% of their annual total carbon fixation during the frequent freeze-thaw cycles in spring.

This might truly be essential if Mars’ weather stays barely above freezing in the early stages.

Επιβίωση στο Κρύο

Regions beyond the Martian equator, as well as sand storm-stricken regions or the winter period, will expose the nascent Martian ecosystem to brutal cold periods lasting weeks or months.

The Chinese researchers took Syntrichia and exposed it to years of -80°C/-112°F temperatures. Even after 5 years of such treatment, no less than 90% of the plants survived.

They also tested them for up to a month in liquid nitrogen at the temperature of -196°C/-320°F. Even then, Syntrichia saw almost all the plants regrow when put back to warmer temperatures.

Πηγή: Cell

So, it is safe to assume that, even today, with no terraformation effort, no Martian winter could kill Syntrichia.

Αντοχή στην Ακτινοβολία

High-altitude plateaus like in Tibet are difficult environments not only because of the cold or dryness but also because of radiation levels due to the altitude. So it is maybe not surprising that Syntrichia is also very radiation resistant as well.

The researchers exposed the moss to various levels of radiation and measured its recovery rate.

They discovered that up to 500-Gy (gray, a radiation measurement unit), radiation even strongly promoted the regeneration of new branches.

Πηγή: Cell

Above this level, the regeneration of new branches was slowed down, but not stopped, up to 8,000 Gy, which started to cause severe damage. 16,000 Gy would prove lethal.

For reference, half of humans will die under just 2.5–4.5 Gy, with severe convulsions and death occurring at around 50 Gy.

Δοκιμή Συνθηκών Όμοιων με τον Άρη

The researchers used the Planetary Atmospheres Simulation Facility (PASF) of the Chinese Academy of Sciences to see how the moss would fare under “real” Martian conditions. Instead of separate instances of condition testing, such as dry, cold, radiation, etc., the PASF also added the low oxygen and low nitrogen atmospheres that had not been tested separately.

While not exactly identical, it creates a very realistic simulation of today’s Martian growth conditions.

Πηγή: Cell

Overall, all the plants survived the Martian conditions for up to 7 days and fully recovered afterward when exposed to Mars-like conditions when dry.

When exposed to it fully hydrated, they also survived, but regeneration was slower, and new branches were less numerous.

Πηγή: Cell

However, it seems that the combination of low oxygen, radiation, and cold create an environment a little too harsh even for the steppe screw moss to grow actively, but it could survive it.

Φυσική και Τεχνητή Εξέλιξη

Μία Ποικιλία Προσαρμογών

• Μια κατάσταση επιλεκτικής μεταβολικής αδράνειας υπό συνθήκες στρες, στρατηγικά διατηρώντας βασικά μεταβολίτες.
• Υψηλά επίπεδα σακχάρου (σουκρόζης) και μαλτόζης μετά το στρες, λειτουργώντας ως οσμωτικά μέσα & προστατευτικά που βοηθούν στη διατήρηση και σταθεροποίηση της κυτταρικής αρχιτεκτονικής.
  • Τα σάκχαρα παρέχουν την ενέργεια που χρειάζεται για γρήγορη ανάκτηση μετά την ανακούφιση από τις συνθήκες στρες.
• Ισχυρή ικανότητα απομάκρυνσης των αντιδρών οξειδωτικών ειδών μετά το στρες, συσσωρεύοντας υψηλά επίπεδα καταλάσης, γλουταθειόνης S-μετατρασφέας και περοξειδάσης.
• Γονίδια καταλάσης σχετιζόμενα με το στρες και διπλή αντιγραφή των γονιδίων S. caninervis που κωδικοποιούν πρωτεΐνες προστασίας από το φως (early light-induced proteins).
• Αλληλοεπικαλυπτόμενα φύλλα που διατηρούν το νερό και προστατεύουν το φυτό από έντονη ηλιακή ακτινοβολία, καθώς και λευκές άκρες στην κορυφή των φύλλων που αντανακλούν ισχυρή ηλιακή ακτινοβολία και βελτιώνουν την αποδοτικότητα χρήσης νερού.
  • Κατά την αφυδάτωση, τα φύλλα κυρτώνουν και συρρικνώνονται σημαντικά, και οι γωνίες των φύλλων γίνονται μικρότερες.

Βελτιστοποίηση της Ζωής για τον Άρη

Φυσική Εξέλιξη

The remarkable survival ability of Syntrichia caninervis opens the way for it to progressively adapt to Martian conditions if given a little help.

This could be happening naturally, as long as some microbiomes offer the conditions for growth in a small area, for example maybe naturally warmer and more atmosphere-dense low-altitude canyons and craters around the equator.

From these initial growth areas, natural selection and spontaneous mutations could select traits required to colonize the rest of the planet.

Κατευθυνόμενη Εξέλιξη

Mankind is nowadays routinely using directed evolution to create new enzymes and organisms for its own purpose and industrial production, a feat rewarded by a Nobel Prize in Chemistry in 2018. The same strategy could be deployed to create cyanobacteria, lichens, and mosses that are more resistant to Mars.

For example, we could start from almost Mars-like conditions, that are just slightly better but still harsher than Earth, allowing for Syntrichia (and other organisms) to grow. And then, progressively change the conditions so that only sub-sections of the population survive, carrying new traits and stronger resistance.

By repeating this process hundreds of times, we might get new species able to survive Mars conditions as they are today.

Even if it fails to reach that goal, the resulting mosses and microorganisms will likely better survive in a partially or poorly terraformed Mars than the original organisms straight from Earth.

Γενετική Μηχανική

Researchers could also give a boost to the moss’s ability to survive on Mars by stimulating known genes already involved in cold/dry/radiation tolerance.

This could be done by increasing the expression levels of pre-existing Syntrichia caninervis’ genes like the aforementioned catalases, glutathione S-transferase, and peroxidase. Or by adding new genes from other species.

Determining what is the limiting factor for growth in Mars-like conditions will also be key. Is it insufficient resistance to radiation? To cold? To the atmospheric conditions?

Επένδυση στον Άρη

We are too early to invest in terraforming megaprojects or Martian real estate. But a handful of companies are working hard in building the stepping blocks that will make it possible to land the first man on Mars, and later on colonize the planet.

A key part will be reusable rockets, dramatically reducing the cost of launching equipment into orbit and deep space. This effort is mostly currently led by Elon Musk’s SpaceX (SPCX ), a private company, with other rocket companies catching up quickly.

Another factor will be to create a self-sustaining space-based economy and Martian economy, able to support terraforming efforts without depending on Earthlings’ willingness to finance it “for free” (follow the links for more details on how it would work).

You can invest in aerospace companies through many brokers, and you can find here, on securities.io, our recommendations for the best brokers in the USA, Canada, Australia, the UK, as well as many other countries.

If you are not interested in picking specific aerospace companies, you can also look into ETFs like ARK Space Exploration & Innovation ETF (ARKX), iShares U.S. Aerospace & Defense ETF (ITA), or SPDR S&P Aerospace & Defense ETF,  which will provide a more diversified exposure to capitalize on the aerospace industry.

Or you can read our article about the “Top 10 Aerospace and Defense Stocks”.

Επένδυση σε Διαστημικές Εταιρείες

1.  Virgin Galactic

The company was founded by Richard Branson and is focused on space tourism.

Τα εισιτήρια κυμαίνονται μεταξύ $250,000-450,000, με μακρά λίστα αναμονής. The first customers seem to be ecstatic with their experience:

“Πάντα ήξερα ότι θα ήταν η πιο εξαιρετική εμπειρία της ζωής μου. Το ήξερα πάντα. Και οι άνθρωποι μου είπαν ότι θα ήταν. Αλλά όταν είναι… και είναι σε άλλο επίπεδο από την εμπειρία που νόμιζες ότι θα είχες… τότε είναι πολύ δύσκολο να το εξηγήσεις.”

“Αυτή ήταν η καλύτερη μέρα της ζωής μου, η πιο συναρπαστική μέρα της ζωής μου. Και δεν μπορείς να βρεις κάτι καλύτερο από αυτό. Ξεπέρα τα πιο τολμηρά μου όνειρα.”

Όπως συζητήσαμε νωρίτερα, ο διαστημικός τουρισμός μπορεί να είναι το ΚΕΝΤΡΟ της μελλοντικής μαρτριανής οικονομίας.

• Το μεγαλύτερο φαράγγι του ηλιακού συστήματος (4.000 χλμ μήκος, 200 χλμ πλάτος και έως 7 χλμ βάθος).
• Ένα ηφαίστειο ύψους 21,9 χλμ (72.000 πόδια) και περίπου τόσο μεγάλο όσο η Γαλλία ή η πολιτεία της Αριζόνα.

Πηγή: Wikipedia

Πριν από τον Άρη, η Virgin Galactic (SPCE ) στοχεύει να γίνει η ηγέτιδα του τροχιακού (και αργότερα ίσως και σεληνιακού) τουρισμού, πιο κοντά στις τρέχουσες τεχνικές μας δυνατότητες πριν από μια αποστολή Κίνας ή SpaceX στον Άρη.

Η Virgin Galactic εργάζεται στη βελτίωση της οικονομικής μονάδας της, με ένα νέο σύστημα εκτόξευσης, το «Delta», ικανό να μεταφέρει 6 επιβάτες αντί για 4, και να πραγματοποιεί 8 πτήσεις/μήνα αντί για μία.

Μαζί, αυτά τα 2 βελτιωμένα μετρικά θα πρέπει να αυξήσουν τα έσοδα ανά μονάδα κατά 12 φορές, με χρόνο αποπληρωμής κάτω από 6 μήνες για κάθε σκάφος Delta. Η δοκιμή πτήσης του Delta αναμένεται στα μέσα του 2025.

Πηγή: Virgin Galactic

Οι αγορές ήταν ανήσυχες όταν ανακοινώθηκε ότι ο Μπράνσον δεν θα επενδύσει περαιτέρω στη Virgin Galactic. Ιδιαίτερα μετά την απόλυση 185 υπαλλήλων και τη διακοπή των διαστημικών πτήσεων το 2024, για να περιμένουν την άφιξη του σκάφους Delta και να μειώσουν τον ρυθμό κατανάλωσης κεφαλαίων.

Παρόλα αυτά, η Virgin Galactic προβλέπεται ότι θα έχει αρκετά μετρητά για να λειτουργήσει μέχρι το 2025 ή 2026. Έτσι, εάν η ανάπτυξη του συστήματος πτήσης Delta προχωρήσει ομαλά (μια ριψοκίνδυνη πρόταση στη βιομηχανία αεροδιαστημικών), η εταιρεία θα πρέπει να μπορεί να επικεντρωθεί στην επανεκκίνηση και την αύξηση των ταμειακών ροών, με ένα σύστημα που είναι κερδοφόρο ανά μονάδα. Και να κάνει την εταιρεία θετική ταμειακή ροή το 2026.

Πηγή: Virgin Galactic

(Πρέπει να σημειωθεί ότι η Virgin Galactic είναι διαφορετική από τη Virgin Orbit. Η Virgin Orbit υπέβαλε αίτηση πτώχευσης τον Απρίλιο 2023, και παρείχε υπηρεσίες εκτόξευσης για μικρούς δορυφόρους, με Rocket Lab εξαγοράζει τις εγκαταστάσεις Long Beach της εταιρείας, την παραγωγή και τα εργαλεία (RKLB )).

Η πρόσφατη πτώχευση της Virgin Orbit και η απομάκρυνση από τη Virgin Galactic από τον ιδρυτή Ρίτσαρντ Μπράνσον έχουν βλάψει την εικόνα της εταιρείας στους επενδυτές, οδηγώντας σε πτώση της τιμής των μετοχών το 2023 & 2024.

Πηγή: Virgin Galactic

Ταυτόχρονα, η ικανοποίηση των προηγούμενων πελατών, ένα σαφές σχέδιο για κερδοφόρο σχεδίαση (σκάφη Delta) και μια μακρά λίστα αναμονής δυνητικών πελατών δείχνουν ότι η εταιρεία μπορεί ακόμη να είναι βιώσιμη ακόμη και χωρίς περαιτέρω χρηματοδότηση. Έτσι, πολλά θα εξαρτηθούν από την επιτυχία της ανάπτυξης, κατασκευής και λειτουργίας του σκάφους Delta και την επίτευξή του πριν το τέλος του 2025.

Εάν αυτό ισχύει, η πολύ χαμηλότερη αποτίμηση θα δημιουργήσει μια ευκαιρία για τους επενδυτές να αποκτήσουν τις μετοχές της εταιρείας με έκπτωση.

2. Ginkgo Bioworks

The company is producing on-demand organisms for specific applications, including biomedical applications and industrial and material sciences programs. It also has a large biosecurity segment, which was booming during the pandemic.

In most cases, some form of directed evolution is used in the production and selection of Gingko’s products. If humankind becomes serious about colonizing Mars, Gingko’s specialization in creating custom organisms through genetic engineering and direct evolution could make it a prime contractor and partner for these projects.

Ginkgo Bioworks (DNA ) has diversified in the last years its application range widely, with many research programs and partnerships:

• Κανναβινοειδή
• παραγωγή εμβολίων mRNA και φαρμάκων νουκλεϊκών οξέων
• Πρωτεΐνες τροφίμων
• Παραγωγή βιολογικών λιπασμάτων σε συνεργασία με τη Bayer
• Προγραμματιζόμενοι μικροοργανισμοί για παθήσεις του εντέρου
• Βιοαποκατάσταση μικροπλαστικών
• Βιοασφάλεια και ανίχνευση παθογόνων
• Ανακύκλωση αποβλήτων και μολυσματικών ουσιών

It makes money by being first paid upfront for the development process and then through royalties on the finished product.

Gingko’s partnerships are constantly expanding, with:

• Μια αυξανόμενη συνεργασία με τη Novo Nordisk.
• Μια συνεργασία με την ιαπωνική εμπορική εταιρεία Sojitz Corporation.
• Χρηματοδότηση DARPA για νέες πρωτεΐνες που ελέγχουν τον πάγο σε ακραίες ψυχρές καιρικές συνθήκες.
• Συμφωνία αξίας $331M με τη Pfizer.
• Συμφωνία αξίας $490M με τη Merck για βελτιστοποίηση της παραγωγής βιολογικών φαρμάκων.
• Συμφωνία αξίας $406M με τη Boehringer Ingelheim για μη φαρμακοποιήσιμους στόχους.

Ginkgo Bioworks also partners with all the major agricultural corporations, most of which have some interests in biofuel production and microbiology.  A few of these include Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta, and more.

Πηγή: Gingko Bioworks

Gingko’s experience in custom designs of genetic sequences, organisms, and selection, as well as in biosecurity monitoring, makes it a key provider to every industry looking to leverage enzymes and antibodies for their specific application.

As a service provider, Gingko is well-positioned to capitalize on the growth of the synthetic biology industry as a whole.