Ons dieet op een andere planeet

Stel je voor dat het mensen lukt om de lange reis naar Mars te maken. Als ze daar dan voor langere tijd willen blijven, dan moeten ze daar voedsel gaan verbouwen. Voor het klaarmaken van een bordje pasta zijn er bijvoorbeeld al gauw graan, groenten, en misschien wel vlees nodig. Maar op Mars zijn de samenstelling van de grond en lucht, de temperatuur, en de zwaartekracht anders dan op aarde. Hoe anders, dat is de hamvraag die sommige Marsonderzoekers bezighoudt. Hoe kunnen we eigenlijk het beste voedsel verbouwen op de rode planeet? We schakelen de hulp in van bioloog Angelo Vermeulen en technisch natuurkundige Charlotte Pouwels.

Op Mars zijn de dingen die we op aarde voor lief nemen helemaal niet zo vanzelfsprekend. Neem bijvoorbeeld de temperatuur. Die kan daar wel zakken tot -140 graden Celsius. Er is ook veel meer kosmische straling, omdat Mars een dunne beschermende atmosfeer heeft. Daarnaast is de zwaartekracht minder dan 40% van de zwaartekracht op aarde, waardoor je er véél hoger kunt springen. Ook de samenstelling van de lucht is anders. Zo bestaat de lucht voor 95% uit CO2, voor een klein beetje uit stikstof, en vind je er maar sporen van zuurstof. Er zijn dus behoorlijk wat verschillen.

Wat dat allemaal voor invloed heeft op planten is nog niet helemaal duidelijk. Wel ontdekte ruimtebioloog Khaled Kamal met zijn onderzoeksgroep dat lage zwaartekracht voor minder celgroei en celdeling zorgt. Hierdoor krijg je kleinere en minder sterke planten. Van de hoge straling kunnen planten ziek worden, en in de kou overleven ze het sowieso niet. Het is duidelijk dat voor zowel mensen als planten dit allemaal geen lekkere omstandigheden zijn. In de openlucht kan op Mars dus in ieder geval niks verbouwd worden. Maar waar dan wel?

Groeikamers

Een mogelijke groeikamer op Mars. Bron: nanoracks

Zogenaamde groeikamers kunnen de oplossing zijn, legt Vermeulen uit.  Hij doet onderzoek naar hoe wij in de ruimte kunnen leven, en heeft dit ook op Hawaï in een namaak-Marsmissie uitgevoerd. In deze afgesloten groeikamers kun je, vertelt Vermeulen, alle omstandigheden zelf bepalen. De temperatuur, de hoeveelheid licht, de luchtvochtigheid en de hoeveelheid CO2 kun je dan zelf controleren, en alvast goed testen op aarde. Dit is veel veiliger en realistischer dan bijvoorbeeld het gebruik van een kas. In een kas heb je namelijk niet alles zelf in de hand  (én je zou daar elke dag het Marsstof vanaf moeten poetsen).

Grond, water en bestuiving

Om planten te verbouwen zoals dat op aarde gebeurt, zijn er vervolgens minstens drie dingen nodig: voedzame grond, voldoende water, én goede bestuiving. Vanaf de aarde kunnen er alleen niet zoveel spullen meegenomen worden, legt Pouwels uit. Dat wordt veel te zwaar en te duur. Er kunnen dus geen kilo’s potgrond mee om graan op te laten groeien. De grond op Mars zelf bestaat alleen uit net andere stoffen dan op aarde. Er zitten bijvoorbeeld meer metalen in, zoals lood en kwik. Zo is er ook wel eens perchloraat gevonden, wat behoorlijk giftig kan zijn voor mensen. En misschien nog wel belangrijker: je vindt er een stuk minder stikstof dan in onze grond, wat een belangrijke voedingsstof is voor planten.

Plantjes op Marsgrond. Copyright Wieger Wamelink CC BY-NC 4.0

Omdat er nog geen echte Marsgrond mee terug is genomen naar de aarde, moeten wetenschappers hier op zoek naar iets dat erop lijkt. En wat een geluk: de grond die hier op vulkanen op Hawaï voorkomt, lijkt best veel op de grond die op Mars te vinden is! Dit wordt dan ook gebruikt om te testen of onze planten in Marsgrond zouden kunnen groeien. Tot nu toe is het onderzoekers van Universiteit Wageningen onder leiding van Wieger Wamelink gelukt om bijvoorbeeld bonen, aardappelen, rucola en tomaten te kweken op de nagemaakte Marsgrond. Het goede nieuws: dit was allemaal eetbaar, niet giftig, en (bijna) net zo lekker als op aarde.  Om het tekort aan voedingsstoffen in de grond op te lossen, gebruikten ze wat je normaal door de wc spoelt. Uit urine kun je namelijk struviet winnen, wat boordevol stikstof (en fosfor) zit. Het dode materiaal van de eerste generatie planten werd ook gebruikt als voedingsstof. Deze oplossingen, denken de onderzoekers, zouden ook prima op Mars zelf toegepast kunnen worden.

Dan stap twee: het water. Expedities om water te vinden op Mars zijn in volle gang. Italiaanse astronomen denken nu al drie zoutwatermeren te hebben gevonden, én er is ijs te vinden. Met een techniek die nanofiltratie heet kan dit water heel goed gefilterd worden, en kan van zout en vervuild water zoet water gemaakt worden. Pouwels legt uit dat er nóg een voordeel zit aan deze watervondst. Water beschermt namelijk heel goed tegen straling. Dit water kan dus gebruikt worden als een soort isolatielaag tussen de muren, als een extra schild. Zo is het stralingsprobleem voor een groot deel opgelost.

Stap drie is dan de bestuiving. Op aarde hebben we insecten en vogels die planten kunnen bestuiven, waardoor deze vruchten kunnen maken. Hoe we dat op Mars kunnen doen? Onderzoekers denken dat er misschien wel bijen meegenomen kunnen worden naar de ruimte. Precies als zij in hun winterslaap zijn, kunnen ze zo mee de raket in. Als dat niet lukt, moeten mensen met de hand en een kwastje de planten zelf gaan bestuiven. Dit hoeft helemaal niet erg te zijn – ook op aarde gebeurt dit op plekken waar insecten niet zoveel voorkomen.

Stukje vlees erbij?

Als we ten slotte een écht luxe pasta willen klaarmaken, hoort daar misschien ook wel een beetje vlees in. Dat wordt nog wat ingewikkelder. Het wordt wel erg vol in de raket als varkens en koeien ook mee moeten. Die dieren kosten ontzettend veel energie, grond en voedingsstoffen. Op dit moment denken wetenschappers dat er twee opties zijn. De eerste is kweekvlees. Technieken om zelf vlees te ‘groeien’ in het laboratorium, zonder dat daar dieren voor nodig zijn, worden nu op aarde veel getest. Een tweede optie is een kleine verandering van ons dieet. In plaats van koeien, kippen of varkens kunnen we misschien beter insecten gaan eten. Insecten zitten vol eiwitten en zijn makkelijker mee te nemen en te kweken. We zijn het nu nog niet gewend, maar dit zijn voedzame opties die we in de ruimte goed kunnen gebruiken.

Het kweken van voedsel op Mars ziet er dus veelbelovend uit. Wel geeft Vermeulen toe dat de eerste mensen op Mars waarschijnlijk nog van de aarde afhankelijk zullen zijn om hun buik te kunnen vullen.  We weten meer als er Marsgrond mee naar onze planeet is genomen om experimenten mee te doen. De Marsrover die in februari 2021 gaat landen, kan daar hopelijk bij helpen. Op naar ons eerste bord ruimtepasta!

Bronnen

1) Kamal, K.Y., Herranz, R., van Loon, J.J.W.A. et al. Simulated microgravity, Mars gravity, and 2g hypergravity affect cell cycle regulation, ribosome biogenesis, and epigenetics in Arabidopsis cell cultures. Sci Rep 8, 6424 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-24942-7

2) Wamelink, G. W. W., Frissel, J. Y., Krijnen, W. H. J., & Verwoert, M. R. (2019). Crop growth and viability of seeds on Mars and Moon soil simulants. Open Agriculture, 4(1), 509–516. doi:10.1515/opag-2019-0051

3) Cannon, K. and Britt, D. T. (2019). Feeding One Million People on Mars. New Space. Vol. 7, Issue 4.http://doi.org/10.1089/space.2019.0018