Vad kommer människor att äta på Mars efter att de koloniserar den röda planeten?

Förberedelser är redan på gång för uppdrag som kommer att landa människor på Mars om ett decennium eller så. Men vad skulle folk äta om de här uppdragen så småningom leder till den permanenta koloniseringen av den röda planeten?

En gång (om) människor gör det till Mars, kommer en stor utmaning för någon koloni att vara att skapa en stabil matförsörjning. De enorma kostnaderna för att starta och återuppliva resurser från jorden kommer att göra det opraktiskt.

Människor på Mars måste flytta sig från fullständigt beroende av frakt, och uppnå en hög nivå av självförsörjande och hållbart jordbruk.

Läs mer: Upptäckt: en stor flytande vatten sjö under Mars södra polen

Den senaste upptäckten av flytande vatten på Mars - som lägger till ny information om frågan om vi kommer att hitta livet på planeten - ökar möjligheten att använda sådana varor för att hjälpa till att odla mat.

Men vatten är bara en av många saker vi behöver om vi ska odla tillräckligt med mat på Mars.

Vilken sort av mat?

Tidigare arbete har föreslagit användningen av mikrober som matkälla på Mars. Användningen av hydroponiska växthus och kontrollerade miljösystem, som liknar en som testas ombord på den internationella rymdstationen för att odla grödor, är ett annat alternativ.

Den här månaden, i tidningen gener, ger vi ett nytt perspektiv baserat på användningen av avancerad syntetisk biologi för att förbättra det potentiella resultatet av växtlivet på Mars.

Syntetisk biologi är ett snabbt växande fält. Den kombinerar principer från teknik, DNA-vetenskap och datavetenskap (bland många andra discipliner) för att ge nya och förbättrade funktioner till levande organismer.

Inte bara kan vi läsa DNA, men vi kan också designa biologiska system, testa dem och till och med konstruera hela organismer. Jäst är bara ett exempel på en industriell arbetshorsmikro, vars hela genom är för närvarande re-engineered av ett internationellt konsortium.

Tekniken har utvecklats så långt att precisionens genteknik och automation nu kan sammanfogas till automatiserade robotanläggningar, kända som biofoundries.

Dessa biofoundries kan testa miljontals DNA-konstruktioner parallellt för att hitta organismerna med de egenskaper som vi letar efter.

Mars: Jordliknande men inte jorden

Även om Mars är den mest jordliknande av våra närliggande planeter, skiljer sig Mars och jorden på många sätt.

Läs mer: Kära dagbok: solen satte aldrig på den arktiska Mars-simuleringen

Tyngdkraften på Mars är ungefär en tredjedel av den på jorden. Mars tar emot ungefär hälften av solljuset vi får på jorden, men mycket högre nivåer av skadliga ultravioletta (UV) och kosmiska strålar. Mars temperatur är ca -60 grader Celsius, och den har en tunn atmosfär, främst gjord av koldioxid.

Till skillnad från jordens jord, som är fuktig och rik på näringsämnen och mikroorganismer som stöder växttillväxt, är Mars täckt med regolith. Detta är ett torrt material som innehåller perkloratkemikalier som är giftiga för människor.

Också - trots den senaste undersökningen av sjöytan - finns vatten på Mars mestadels i form av is, och planetens låga atmosfärstryck gör att flytande vatten koka vid ca 5 grader Celsius.

Växter på jorden har utvecklats i hundratals miljoner år och är anpassade till markbundna förhållanden, men de kommer inte att växa bra på Mars.

Det innebär att väsentliga resurser som skulle vara knappa och ovärderliga för människor på Mars, som flytande vatten och energi, skulle behöva fördelas för att uppnå ett effektivt jordbruk genom att konstgjort skapa optimala växthöjdsförhållanden.

Anpassa växter till Mars

Ett mer rationellt alternativ är att använda syntetisk biologi för att utveckla grödor specifikt för Mars. Denna formidabla utmaning kan hanteras och spåras genom att bygga en växtfokuserad Mars Biofoundry.

En sådan automatiserad anläggning skulle kunna påskynda konstruktionen av biologiska mönster och provning av deras prestanda under simulerade martianiska förhållanden.

Med tillräcklig finansiering och aktivt internationellt samarbete kan en sådan avancerad anläggning förbättra många av de egenskaper som krävs för att grödor trivs på Mars inom ett decennium.

Detta inbegriper förbättring av fotosyntes och fotoprotektion (för att skydda växter mot solljus och UV-strålar), liksom torka och kyla tolerans i växter och tekniska högavkastande funktionella grödor. Vi behöver också modifiera mikrober för att avgifta och förbättra Martens jordkvalitet.

Dessa är alla utmaningar som ligger inom ramen för modern syntetisk biologi.

Fördelar för jorden

Att utveckla nästa generation av grödor som krävs för att upprätthålla människor på Mars skulle också ha stora fördelar för människor på jorden.

Läs mer: Innan vi koloniserar Mars, låt oss titta på våra problem på jorden

Den växande globala befolkningen ökar efterfrågan på mat. För att möta denna efterfrågan måste vi öka jordbruksproduktiviteten, men vi måste göra det utan att negativt påverka vår miljö.

Det bästa sättet att uppnå dessa mål är att förbättra de grödor som redan används allmänt. Upprättande av anläggningar som den föreslagna Mars Biofoundry skulle ge stor nytta för omloppstiden för växtforskning med konsekvenser för livsmedelssäkerhet och miljöskydd.

Så i slutändan skulle den främsta mottagaren av insatser för att utveckla grödor för Mars vara jorden.

Den här artikeln publicerades ursprungligen på The Conversation av Briardo Llorente. Läs den ursprungliga artikeln här.