Voisiko Erittäin Kestävää Aavikkosammalta olla Avain Marsin ‘Vihertämiseen’?

Marsin vihertäminen

Science fiction -kirjailijat ja tutkijat ovat pitkään pohtineet Marsin muuttamista elämälle suotuisammaksi eli terraformaatiota. Hanke olisi valtava: Marsin ilmakehä on hyvin ohut, pinnalla ei ole pysyviä nestemäisiä vesistöjä ja säteily on voimakasta. Pintalämpötila on keskimäärin noin −65 °C.

Marsin lämmittämiseen on ehdotettu suuria teknisiä hankkeita. Eräässä mallinnustutkimuksessa tarkasteltiin mahdollisuutta lämmittää planeettaa teollisesti valmistetuilla metallisilla nanosauvoilla. Lisäksi tutkijat ovat esittäneet, että Marsin kuoressa saattaa olla syvällä sijaitsevaa nestemäistä vettä, johon viittaavat seismisistä mittauksista tehdyt mallipäätelmät. Ne eivät kuitenkaan ole suora havainto helposti hyödynnettävästä pohjavesivarannosta.

Vaikka Marsia joskus lämmitettäisiin ja veden saatavuutta parannettaisiin, ympäristö olisi edelleen ankara. Maapallon aavikkoeliöiden tutkimus voi auttaa arvioimaan selviytymisen edellytyksiä. Se ei vielä osoita, että Marsille voitaisiin perustaa toimiva ekosysteemi.

Maaperän rakentaminen

Maapallolla esimerkiksi jäkälät ja sinilevät voivat elää niukkaravinteisilla pinnoilla ja ankarissa oloissa. Niitä tavataan aavikoilla, paljailla kallioilla ja korkealla vuoristossa.

Niiden kasvu on usein hidasta, joten biomassan nopea kertyminen olisi haastavaa myös mahdollisessa Marsin ekosysteemissä.

Lähde: Encyclopedia Of The Environment

Monimutkainen kasviyhteisö tarvitsee sopivan kasvualustan, ravinteita ja orgaanista ainesta. Maaperä kehittyy mineraalien, eliöiden ja ympäristön vuorovaikutuksessa. Kasvualustoja voidaan valmistaa ja muokata, mutta kokonaisen toimivan ekosysteemin rakentaminen on paljon vaativampaa.

Siksi tutkijat etsivät myös eliöitä, jotka sietävät äärimmäisiä oloja ja voivat tuottaa biomassaa fotosynteesin avulla.

Sammalet ovat yksi kiinnostava ryhmä kuivuuden- ja kylmänsietonsa vuoksi. Niidenkään kasvu Marsilla ei ole vielä osoitettu.

Biologinen maaperäkuori eli biokuori (BSC) on kuivilla alueilla esiintyvä pintakerros. Siihen kuuluu esimerkiksi sammalia, jäkäliä, sinileviä ja muita mikrobeja sekä niiden eritteitä ja maahiukkasia.

Joillakin aavikkoalueilla biokuori voi peittää suuren osan pinnasta. Se auttaa vakauttamaan maata ja vaikuttaa veden pidättymiseen. Vaikutukset riippuvat kuoren koostumuksesta ja paikallisista oloista.

Biokuoret osallistuvat myös ^{biologiseen typensidontaan} ja ravinteiden kiertoon. Niitä on kuvattu maapallon ”eläväksi ihoksi”.

Ihmeellinen sammal

Kiinan tiedeakatemian Xinjiangin ekologia- ja maantieteen instituutin ja Kansallisen avaruustiedekeskuksen tutkijat selvittivät aavikkosammalen selviytymistä äärimmäisissä oloissa ja sen mahdollista merkitystä tulevalle avaruustutkimukselle.

He julkaisivat tuloksensa The Innovation -lehdessä tutkimuksena, jonka otsikon voi suomentaa ”Äärimmäisiä oloja sietävä aavikkosammal Syntrichia caninervis on lupaava pioneerikasvi maapallon ulkopuolisten ympäristöjen asuttamiseen”.

Syntrichia caninervis on kuivissa ja kylmissä ympäristöissä esiintyvä sammallaji. Sitä tavataan muun muassa Etelämantereella, Tiibetin ylängöllä sekä Pohjois-Afrikan ja Pohjois-Amerikan aavikoilla.

Lähde: Cell

Kokeissa Syntrichia caninervis palautui kuivumisesta, jossa se oli menettänyt yli 98 % vesipitoisuudestaan.

Sammal selvisi myös erittäin kylmästä säilytyksestä, jopa −196 °C:ssa. Selviytyminen ja myöhempi palautuminen suotuisissa oloissa eivät tarkoita aktiivista kasvua näissä lämpötiloissa.

Kuivumisen sietokyky

Voimakkaasti kuivuessaan sammal tummuu ja sen aineenvaihdunta hidastuu. Se voi kuitenkin palautua, kun vettä tulee jälleen saataville.

Uudelleen kasteltaessa kuivuneet kasvit alkavat palautua, ja näkyviä muutoksia voidaan havaita jo sekunnissa. Täydellinen toiminnallinen palautuminen riippuu käsittelystä ja olosuhteista.

Lähde: Cell

Sammalen tiedetään hyödyntävän lyhyitä suotuisia jaksoja kylmissä elinympäristöissä. Maapallolla havaittua hiilensidontaa ei kuitenkaan voi suoraan siirtää Marsin olosuhteisiin.

Marsilla kasvu edellyttäisi kylmänsiedon lisäksi muun muassa sopivaa painetta, vettä, ravinteita ja säteilyoloja.

Selviytyminen kylmyydessä

Marsin kylmyys on yksi mahdollisen kasvun suurista esteistä. Tutkijat testasivat siksi sammalen palautumista pitkäkestoisen kylmäsäilytyksen jälkeen.

−80 °C:ssa säilytetyt näytteet palautuivat vielä viiden vuoden jälkeen. Tulos kuvaa kokeessa mitattua selviytymistä, ei kasvua pakastuksessa.

Myös nestemäisessä typessä, −196 °C:ssa, enintään 30 päivää säilytetyt näytteet pystyivät palautumaan, kun ne palautettiin suotuisiin kasvuoloihin.

Lähde: Cell

Tulokset osoittavat huomattavaa kylmänsietoa. Niistä ei silti voi päätellä, että sammal selviäisi mistä tahansa Marsin talvesta tai kaikkien ympäristötekijöiden yhteisvaikutuksesta.

Säteilyn sietokyky

Sammalen luonnollisiin elinympäristöihin kuuluu korkeita ja säteilylle alttiita alueita. Sen säteilynsietoa tutkittiin erillisissä laboratoriokokeissa.

Tutkijat altistivat näytteitä gammasäteilylle ja mittasivat niiden palautumista ja uusien versojen muodostumista.

Kokeissa 500 Gy:n gammasäteilyannos jopa edisti versojen uusiutumista. Gray (Gy) on absorboituneen säteilyannoksen yksikkö.

Lähde: Cell

Suuremmat annokset hidastivat palautumista ja lisäsivät vaurioita. Sammal uusiutui vielä 8 000 Gy:n käsittelyn jälkeen, mutta 16 000 Gy:n annos oli kokeessa tappava.

Säteilyn vaikutukset riippuvat eliöstä, annosnopeudesta ja säteilylajista. Gammasäteilykoe ei yksin kuvaa kaikkia Marsin säteilyoloja.

Marsin kaltaisten olosuhteiden testaaminen

Tutkijat käyttivät Kiinan tiedeakatemian planetaaristen ilmakehien simulointilaitteistoa (PASF). Kokeessa yhdistettiin Marsia jäljittelevä hiilidioksidipitoinen ilmakehä, matala paine, lämpötilavaihtelut ja ultraviolettisäteily.

Kyse oli rajatusta laboratorioaltistuksesta. Se ei jäljitellyt kaikkia Marsin oloja eikä osoittanut siellä tapahtuvaa jatkuvaa kasvua.

Lähde: Cell

Kuivina Marsia jäljitteleville oloille altistetut näytteet selviytyivät enintään seitsemän päivän käsittelystä ja palautuivat myöhemmin suotuisissa laboratorio-oloissa.

Kosteina altistettujen näytteiden palautuminen oli hitaampaa ja versojen uusiutuminen vähäisempää.

Lähde: Cell

Tutkimuksen keskeinen tulos on siis selviytyminen ja palautuminen altistuksen jälkeen. Itsenäisesti kasvavaa Marsin sammalpeitettä ei kokeessa syntynyt.

Luonnollinen ja keinotekoinen evoluutio

Laaja valikoima sopeutumia

• Aineenvaihdunnan hidastuminen stressissä ja tärkeiden aineenvaihduntatuotteiden säilyttäminen.
• Sokereiden, kuten maltoosin, kertyminen voi auttaa vakauttamaan solujen rakenteita ja suojaamaan kuivumiselta.
  • Sokerit tarjoavat myös energiaa palautumiseen, kun olosuhteet paranevat.
• Reaktiivisten happiyhdisteiden poistoon osallistuvat muun muassa katalaasi, glutationi-S-transferaasi ja peroksidaasi.
• Stressinsietoon liittyy myös geenien toimintaa ja valolta suojaavia varhaisen valon indusoimia proteiineja (ELIP) koodaavien geenien monistumia.
• Limittäin asettuneet lehdet auttavat säästämään vettä. Lehtien valkoiset karvakärjet heijastavat voimakasta säteilyä ja vaikuttavat veden hyödyntämiseen.
  • Kuivuessaan lehdet käpristyvät ja supistuvat, mikä pienentää niiden paljasta pintaa.

Elämän optimointi Marsille

Luonnollinen evoluutio

Sammalen selviytymiskyky antaa aihetta jatkotutkimuksiin. On silti avoin kysymys, voisiko se sopeutua kasvamaan Marsilla edes suojatuissa oloissa.

Mahdollisia kokeita voisi tehdä ensin hallituissa pienympäristöissä. Marsin matalien kanjonien hieman suurempi paine ei yksin tee niistä maanpäällisille kasveille sopivia kasvupaikkoja.

Luonnonvalinta voi muuttaa populaatioiden ominaisuuksia, mutta koko Marsin asuttaminen ei seuraa tästä automaattisesti. Myös planeettasuojelun vaatimukset olisi huomioitava.

Suunnattu evoluutio

Suunnattua evoluutiota käytetään entsyymien ominaisuuksien kehittämiseen; tätä työtä palkittiin vuoden 2018 kemian Nobelilla. Vastaavia valintamenetelmiä voisi tutkia myös eliöiden stressinsiedon parantamiseen. Niiden soveltuvuutta Marsiin ei ole vielä osoitettu.

Laboratoriossa olosuhteita voisi muuttaa vähitellen ja valita paremmin selviytyviä yksilöitä. Menetelmä edellyttää kuitenkin, että populaatio pystyy lisääntymään ja tuottamaan valittavaa vaihtelua.

Toistuva valinta saattaa tuottaa kestävämpiä kantoja. Se ei takaa uusia lajeja eikä kykyä kasvaa nykyisellä Marsin pinnalla.

Tällaiset kokeet voisivat auttaa ymmärtämään eliöiden sietorajoja. Mahdollinen hyöty tuleville suojatuille avaruusympäristöille vaatisi erillisen osoituksen.

Geeniteknologia

Geeniteknologialla voitaisiin tutkia kylmän-, kuivuuden- ja säteilynsietoon osallistuvien geenien vaikutuksia.

Mahdollisia tutkimuskohteita ovat esimerkiksi katalaasia, glutationi-S-transferaasia ja peroksidaasia koodaavien geenien ilmentyminen. Yksittäisen geenin toiminnan lisääminen ei kuitenkaan välttämättä paranna koko kasvin selviytymistä.

Ensin olisi selvitettävä, mitkä tekijät rajoittavat kasvua eniten ja miten ne vaikuttavat yhdessä: paine, veden saatavuus, kylmyys, säteily vai ravinteet.

Sijoittaminen Marsiin

Marsin terraformaatiolle ei ole vielä toteutettavaa liiketoimintamallia. Avaruus- ja bioteknologiayritykset kehittävät kuitenkin tekniikoita, jotka voivat liittyä tulevaan avaruustoimintaan. Yhteys Marsin asuttamiseen on tässä pitkän aikavälin pohdintaa.

Yksi avaruustoiminnan kustannuksiin vaikuttava tekijä on rakettien uudelleenkäyttö, joka voi alentaa laukaisukustannuksia. Sitä kehittää muun muassa vuonna 2024 yksityinen SpaceX (SPCX ) sekä joukko muita yrityksiä.

Toinen tekijä on luoda itsenäinen avaruuspohjainen talous ja marsilainen talous. Tällaisen talouden kyky rahoittaa terraformaatiota on kuitenkin spekulatiivinen ajatus, ei todettu rahoitusratkaisu.

Voit sijoittaa avaruusyrityksiin monien välittäjien kautta, ja täältä, securities.io, löydät suosituksemme parhaista välittäjistä Yhdysvalloissa, Kanadassa, Australiassa, Iso-Britanniassa, sekä monissa muissa maissa.

Jos et ole kiinnostunut valitsemaan tiettyjä avaruusyrityksiä, voit myös tarkastella ETF:iä kuten ARK Space Exploration & Innovation ETF (ARKX), iShares U.S. Aerospace & Defense ETF (ITA), tai SPDR S&P Aerospace & Defense ETF. Rahastojen painotukset eroavat toisistaan, ja etenkin ilmailu- ja puolustusrahastot eivät ole puhtaita avaruus- tai Mars-sijoituksia.

Tai voit lukea artikkelimme “Top 10 avaruus- ja puolustusteknologiayritystä”.

Sijoittaminen avaruusyrityksiin

1.  Virgin Galactic

Yrityksen perusti Richard Branson ja se keskittyy avaruusturismiin.

Avaruusmatkailun varhaisia lippuja myytiin noin 250 000–450 000 dollarilla. Hinnat ja tarjonta ovat muuttuneet ajan myötä. Varhaiset asiakkaat kuvasivat kokemustaan innostuneesti:

”Tiesin aina, että siitä tulisi elämäni merkittävin kokemus. Muutkin sanoivat niin. Mutta kun kokemus ylittää odotukset aivan eri tasolla, sitä on hyvin vaikea selittää.”

”Tämä on ollut elämäni paras ja uskomattomin päivä. Se ylitti villeimmätkin unelmani.”

Kuten aiemmin keskustelimme, avaruusturismista voisi joskus tulla osa mahdollista Marsin taloutta.

Tämä on kaukaista tulevaisuutta koskeva ajatus. Marsissa on silti poikkeuksellisia maastonmuotoja:

• Aurinkokunnan suurin kanjoni (4 000 km pitkä, 200 km leveä ja jopa 7 km syvä).
• 21,9 km korkea tulivuori (72 000 ft), kooltaan suunnilleen yhtä suuri kuin Ranska tai Arizona‑osavaltio.

Lähde: Wikipedia

Virgin Galacticin nykyinen liiketoiminta (SPCE ) keskittyy suborbitaalisiin avaruuslentoihin. Ne eivät vie matkustajia kiertoradalle, Kuuhun tai Marsiin.

Yhtiön Delta-luokan alusten tavoitteena on kasvattaa matkustajamäärä neljästä kuuteen ja lisätä lentotiheyttä. Nämä olivat kehitystavoitteita, eivät vuoden 2024 toteutuneita suoritusarvoja.

Suurempi kapasiteetti ja lentotiheys voisivat parantaa aluksen taloudellisuutta. Ennustettu liikevaihto ei kuitenkaan ole sama asia kuin voitto tai taattu takaisinmaksuaika. Elokuussa 2024 yhtiö tavoitteli Delta-alusten kaupallista käyttöönottoa vuonna 2026.

Lähde: Virgin Galactic

Markkinat olivat huolissaan, kun ilmoitettiin, että Branson ei sijoita enempää Virgin Galacticiin. Yhtiö myös vähensi henkilöstöään ja päätti Unity-aluksen kaupallisen lentovaiheen kesäkuussa 2024 keskittyäkseen Delta-ohjelmaan.

Kesäkuun 2024 lopussa Virgin Galacticilla oli 821 miljoonaa dollaria käteistä, rahavaroja ja jälkimarkkinakelpoisia arvopapereita. Vuoden toisen neljänneksen nettotappio oli noin 94 miljoonaa dollaria. Delta-ohjelman aikataulu ja rahoitustarpeet olivat edelleen epävarmoja; vuoden 2026 käyttöönotto oli tavoite, ei kannattavuustakuu.

Lähde: Virgin Galactic

(On syytä huomata, että Virgin Galactic on eri yhtiö kuin Virgin Orbit. Virgin Orbit hakeutui konkurssiin huhtikuussa 2023 ja tarjosi pienten satelliittien laukaisupalveluja. Rocket Lab osti yhtiön Long Beachin toimitilan sekä sen valmistus- ja työkalukaluston (RKLB ) .)

Virgin Orbitin konkurssi ja Virgin Galacticin omat kehitys- ja rahoitusriskit heikensivät sijoittajien luottamusta. Yksittäistä syytä osakekurssin muutoksille ei voi osoittaa näiden tapahtumien perusteella.

Lähde: Virgin Galactic

Asiakkaiden kiinnostus ja Delta-suunnitelma voivat tukea liiketoimintaa, mutta eivät takaa ohjelman onnistumista tai lisärahoituksen tarpeettomuutta. Kehitys, valmistus, testaus ja kaupallinen käyttö sisältävät huomattavia riskejä.

Alentunut osakekurssi ei yksin osoita, että osake olisi edullinen. Arvostusta on arvioitava yhdessä tappioiden, rahoitustarpeen ja toteutusriskien kanssa.

2. Ginkgo Bioworks

Ginkgo Bioworks kehittää biologisia järjestelmiä ja soluja asiakkaiden tutkimus- ja tuotantotarpeisiin. Sovelluksiin kuuluu lääkekehitystä, teollista bioteknologiaa ja materiaaleja. Yhtiöllä on myös bioturvallisuustoimintaa.

Ginkgo käyttää muun muassa geeniteknologiaa, automaatiota ja biologisten järjestelmien testausta. Osa menetelmistä voi liittyä suunnattuun evoluutioon. Tämä ei kuitenkaan osoita, että yhtiöllä olisi Marsin asuttamiseen liittyviä sopimuksia tai että siitä tulisi tällaisten hankkeiden pääurakoitsija.

Ginkgo Bioworks (DNA ) on kehittänyt tutkimusohjelmia ja kumppanuuksia useilla aloilla:

• Cannabinoidit
• mRNA-rokotteiden tuotanto ja nukleiinihappolääketiede
• Elintarvikeproteiinit
• Biologisen lannoitteen tuotanto yhteistyössä Bayerin kanssa
• Ohjelmoitavat mikrobit suolistosairauksiin
• Mikromuovien bioremediatio
• Bio‑turvallisuus ja patogeenien havaitseminen
• Jätteiden käsittely ja ympäristön haitta-aineiden biologinen puhdistus

Liiketoimintamalliin voi kuulua kehityspalvelumaksuja sekä sopimuksesta riippuvia etappi- tai rojaltimaksuja. Kaikki ohjelmat eivät johda kaupalliseen tuotteeseen.

Ginkgon kumppanuuksiin ja ohjelmiin on kuulunut muun muassa:

• Laajentunut yhteistyö Novo Nordiskin kanssa.
• Kumppanuus japanilaisen kauppayrityksen Sojitz Corporationin kanssa.
• DARPA‑rahoitus uusille proteiineille, jotka hallitsevat jäätä äärimmäisissä kylmissä sääolosuhteissa.
• Pfizer-yhteistyö, jonka mahdolliset etappimaksut voivat olla yhteensä enintään 331 miljoonaa dollaria.
• Merck-yhteistyö biologisten lääkkeiden valmistuksen kehittämiseksi; mahdolliset etappimaksut voivat olla enintään 490 miljoonaa dollaria.
• Boehringer Ingelheim -yhteistyö lääkekehitykseen; mahdolliset etappimaksut voivat olla enintään 406 miljoonaa dollaria.

Nämä enimmäismäärät ovat ehdollisia sopimusmahdollisuuksia, eivät jo saatuja tuloja. Ginkgo on tehnyt yhteistyötä myös maatalous- ja elintarvikealan yritysten, kuten Bayerin ja Syngentan, kanssa.

Lähde: Ginkgo Bioworks

Ginkgon osaaminen biologisten järjestelmien suunnittelussa ja testaamisessa voi soveltua useille teollisuudenaloille. Soveltuvuus on kuitenkin osoitettava erikseen kussakin ohjelmassa.

Yhtiön kehitys riippuu asiakkaiden kysynnästä, ohjelmien teknisestä onnistumisesta ja liiketoiminnan taloudellisuudesta. Synteettisen biologian kasvu ei yksin takaa Ginkgon menestystä.