وقتی گلسنگ‌ها و باکتری‌ها سازندگان آینده مریخ می‌شوند
نسل‌های زیادی از دانشمندان و نویسندگان داستان‌های علمی-تخیلی به این اندیشیده‌اند که انسان‌ها چگونه ممکن است روزی روی مریخ زندگی کنند.
نمای میکروسکوپی از سامانه‌ی گلسنگ مصنوعی، که در آن سلول‌های فلورسنت قرمزرنگ، سلول‌های سیانوباکتری هستند و سلول‌های بدون فلورسانس، سلول‌های قارچی‌اند.
| تصویر: با اجازه از دکتر کُنگروی گریس جین.
زمانی این ایده بسیار دور از ذهن به‌نظر می‌رسید، اما مأموریت‌های متعدد رباتیکی که با موفقیت به مریخ رسیده و روی سطح آن فرود آمده‌اند، جان تازه‌ای به این تصور بخشیده‌اند. با این حال، زندگی روی مریخ با چالش‌های زیادی همراه است؛ از جمله زمان طولانی سفر (۶ تا ۹ ماه با استفاده از سامانه‌های پیشران متعارف) و خطرهای ناشی از قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض پرتوهای کیهانی و شرایط ریزگرانشی. همچنین ساخت سکونتگاه‌های دائمی و پایگاه‌هایی روی سطح مریخ، خود چالشی بزرگ به شمار می‌رود.
به بیان ساده، ارسال موشک‌هایی حاوی همه مواد ساختمانی، تجهیزات و ماشین‌آلات مورد نیاز برای ساخت یک پایگاه انسانی در مریخ، نه از نظر اقتصادی به‌صرفه است و نه از نظر عملی قابل اجرا. از همین رو، برنامه‌ریزان مأموریت‌های فضایی طی چند دهه گذشته به بررسی روش‌هایی پرداخته‌اند که بتوان از منابع محلی مریخ استفاده کرد؛ روشی که با عنوان «بهره‌برداری در محل از منابع» (ISRU) شناخته می‌شود.
در همین راستا، کُنگروی گریس جین، استاد دانشگاه تگزاس A&M، به همراه همکارانش از دانشگاه نبراسکا-لینکلن، در مطالعه‌ای نوآورانه، ایده‌ای تازه را برای ساخت سازه‌های زیستی در مریخ ارائه داده‌اند. روش پیشنهادی آن‌ها در مقاله‌ای در نشریه Journal of Manufacturing Science and Engineering منتشر شده است.
طی سال‌ها، جین و همکارانش روی زیست‌ساخت و مواد زنده کار کرده‌اند که نتیجه آن توسعه سامانه‌ای مصنوعی از گلسنگ‌ها بوده که می‌تواند بدون دخالت انسان، مواد ساختمانی تولید کند. در مطالعه جدیدشان که با حمایت برنامه مفاهیم پیشرفته نوآورانه ناسا (NIAC) انجام شده، آن‌ها نشان داده‌اند که چگونه می‌توان این فناوری را با چاپ سه‌بعدی ترکیب کرد تا از خاک، شن و سنگ مریخی برای ساخت سازه‌ها استفاده شود.
جین در یک بیانیه مطبوعاتی دانشگاه تگزاس A&M می‌گوید:
«ما می‌توانیم با الگوبرداری از گلسنگ‌های طبیعی، یک جامعه مصنوعی بسازیم. ما راهی برای ساخت گلسنگ‌های مصنوعی توسعه داده‌ایم که می‌توانند ذرات خاک مریخ را به هم بچسبانند و سازه‌ای منسجم بسازند. سپس با استفاده از چاپ سه‌بعدی می‌توان انواع سازه‌ها مانند ساختمان، خانه و حتی مبلمان را تولید کرد.»
نمای میکروسکوپی از سامانه گلسنگ مصنوعی که در آن، سلول‌های فلورسنت قرمزرنگ مربوط به سیانوباکترها هستند و سلول‌های بدون فلورسانس متعلق به قارچ‌ها هستند. | تصویر: با اجازه دکتر کُنگروی گریس جین.
پیش‌تر روش‌هایی برای تبدیل خاک مریخ به مصالح ساختمانی پیشنهاد شده بود، مانند بمباران خاک با امواج مایکروویو برای ذوب‌کردن آن (فرایند تف‌جوشی یا سینترینگ) یا استفاده از چسب‌های پایه منیزیم، گوگرد یا ژئوپلیمر. با این حال، این روش‌ها یا به انرژی بسیار زیادی نیاز دارند یا نیازمند نظارت انسانی هستند (یا هر دو)، که آن‌ها را برای مأموریت‌های طولانی‌مدت در مریخ، که منابع و نیروی انسانی محدود است، کم‌کاربرد می‌سازد.
روش‌های جایگزین دیگری نیز ارائه شده‌اند که بر فناوری‌های خودرشد مبتنی بر میکروب‌ها تکیه دارند. از جمله این روش‌ها می‌توان به استفاده از باکتری‌ها برای چسباندن ذرات شن، استفاده از باکتری‌های اورهولیتیک برای تولید کربنات کلسیم و ساخت آجر، و بررسی استفاده از شبکه‌های قارچی (مایسلیوم) توسط ناسا اشاره کرد. با این حال، این روش‌ها خودکار نیستند، زیرا باکتری‌ها برای عملکرد مؤثر خود نیاز به تأمین مداوم مواد مغذی دارند؛ چیزی که مستلزم حضور انسان برای مراقبت است.
در مقابل، روش جین و تیمش از دو گونه زیستی بهره می‌برد: سیانوباکترهای دیازتروفیک و قارچ‌های رشته‌ای که تنها به خاک مریخ، هوا، نور و یک محیط مایع معدنی نیاز دارند. ابتدا سیانوباکترها، دی‌اکسیدکربن و نیتروژن موجود در جو را تثبیت کرده و آن‌ها را به اکسیژن و مواد مغذی تبدیل می‌کنند که به رشد قارچ‌ها کمک کرده و از طریق فتوسنتز، میزان کربنات را افزایش می‌دهد.
در همین حال، قارچ‌ها یون‌های فلزی را روی دیواره سلولی خود تثبیت می‌کنند که منجر به تولید زیست‌معدن‌ها شده و همزمان آب، مواد معدنی و دی‌اکسیدکربن مورد نیاز باکتری‌ها را نیز فراهم می‌کنند. باکتری‌ها و گلسنگ‌ها نیز پلیمرهای زیستی ترشح می‌کنند که به چسبندگی بهتر و ته‌نشینی ذرات منجر می‌شود. این رابطه همزیستی باعث می‌شود کل سامانه به شکل پیوسته و بدون نیاز به نظارت انسانی عمل کند و سازه‌هایی تولید کند که بهتر از سایر روش‌ها با شرایط سخت مریخ سازگار هستند.
طرح مفهومی تیم AI SpaceFactory، برنده چالش سکونتگاه چاپ سه‌بعدی ناسا. اعتبار تصویر: AI SpaceFactory / Plomp / NASA
این فناوری انقلابی به شمار می‌رود، زیرا امکان ساخت سازه‌ها را در سخت‌ترین محیط‌ها و در نبود منابع فراهم می‌کند. گام بعدی که هم‌اکنون در حال اجراست، ساخت “جوهر رگولیتی” برای استفاده در روش چاپ مستقیم جوهری (Direct Ink Writing یا DIW) است. این روش چاپ سه‌بعدی که با نام روبوکستینگ نیز شناخته می‌شود، ماده یا «جوهر» را به‌صورت لایه‌به‌لایه از طریق یک نازل چاپ می‌کند. این فناوری، همچون سایر روش‌های چاپ سه‌بعدی، می‌تواند در زمین نیز کاربرد داشته باشد، به‌ویژه در محیط‌هایی که منابع ساخت‌وساز محدود هستند.
جین در این‌باره می‌گوید:
«توانایی این فناوری خودرشد برای پشتیبانی از اکتشاف و سکونت طولانی‌مدت در فضا بسیار چشم‌گیر است.»
طرح پیشنهادی آن‌ها با عنوان «بلوک‌های ساختمانی خودرشد مبتنی بر زیست‌معدن‌سازی برای تجهیز سکونتگاه‌های مریخ» توسط ناسا برای توسعه در مرحله اول برنامه NIAC سال ۱۴۰۲ انتخاب شده است.
دانشجوی دکتری ژئوفیزیک گرایش لرزه شناسی هستم. ژئوفیزیک به بررسی ابعاد زمین و اتفاقاتی مانند زلزله و لرزه هایی که توسط فعالیت انسان به‌وجود می‌آید، می پردازد. فعالیت در حوزه زمین و فضا از علاقه مندی ام است.
