Сейчас нас 8 миллиардов. ООН говорит, что когда население достигнет пика примерно в 2100 году, будет 11 миллиардов человеческих душ. По данным Всемирной федерации дикой природы, рост нашего населения сталкивается с миром природы в большем масштабе, чем когда-либо, и мы ежегодно теряем от 200 до 2000 видов. Инженер из Великобритании говорит, что один из способов смягчить ущерб от столкновения между человечеством и природой — создать больше среды обитания. Мы могли бы сделать это, построив земные экосистемы на Марсе.
Пол Л. Смит — инженер-строитель инженерного факультета Бристольского университета, Великобритания. В статье в «Международном журнале астробиологии» он объясняет, как мы могли бы построить на Марсе природный заповедник, который действовал бы как внеземной природный заповедник (ETNR). ETNR будет действовать как «психологическое убежище и ботанический сад», согласно Смит.
На первый взгляд эта идея может показаться абсурдной или нелепой. Но Смит — инженер, и он продумал это. Он не говорит, что ETNR на Марсе неизбежен. Он придерживается долгосрочной точки зрения: люди будут продолжать оказывать давление на Землю и что мы колонизируем Марс. Он говорит, что ETNR должны быть частью любых усилий по колонизации. Смит не первый, кто подумал об этой идее. Он опирается на множество предыдущих исследований других.
Прежде чем вы сможете оценить, насколько это разумно, вы должны оценить, насколько это возможно. Кто лучше инженера может разобраться в этом вопросе? Продолжительность марсианского дня аналогична земному, так что для начала достаточно базового элемента. Марс намного холоднее, но уже существуют системы для хранения замкнутого сферического заповедника, так что температурой можно управлять без особых сложностей. Марсианская поверхность сухая, но под землёй имеется достаточно замороженной воды, так что проблема водоснабжения не является непреодолимой.
Атмосферные составы Марса и Земли сильно различаются, но это одна из самых простых проблем для решения. Закрытая среда может быть спроектирована так, чтобы иметь любую желаемую атмосферу. Сама растительная жизнь может в некоторой степени регулировать окружающую среду. Температура и давление являются двумя факторами, которые легче всего регулировать. Это основы, но при более детальном анализе возникают гораздо более сложные вопросы. И анализ Смита подробен.
В марсианской радиационной среде все может начать усложняться. Без озонового слоя, подобного земному, марсианская поверхность подвергается опасному уровню ионизирующего ультрафиолетового излучения. «Суровый ультрафиолетовый поток поверхности Марса стерилизует из-за разреженной атмосферы и отсутствия значительного количества озона», — пишет Смит. Некоторое количество УФ-излучения желательно и является частью метаболизма некоторых существ. Людям нужно некоторое количество УФ-излучения, чтобы стимулировать выработку витамина D. Но земные формы жизни не приспособлены к повышенному УФ-излучению и нуждаются в адекватной защите.
«К счастью, комбинации стекла и пластика могут исключать вредные длины волн, пропуская при этом полезный ультрафиолетовый и видимый свет, — объясняет Смит, — поэтому можно контролировать потоки в CTTE (замкнутая экосистема терранского типа)».
Магнитные поля — более открытый вопрос. Мы знаем, что магнитное поле защищает Землю от космических лучей и предотвращает разрушение озонового слоя солнечным ветром. Но у нас нет полного понимания того, как магнитные поля Земли играют роль в жизни. Некоторые существа используют магниторецепцию, чтобы мигрировать и передвигаться. Некоторые называют магниторецепцию «величайшей загадкой в биологии животных», и эту загадку необходимо лучше понять. Можем ли мы создать искусственное магнитное поле в СТТЕ?
Земная жизнь меняется вместе со сменой времен года. Состав биома меняется, и этим нужно управлять. Сезонная изменчивость Марса сильно отличается от земной, поэтому времена года должны быть спроектированы. «Временность определяет критические стадии развития, индивидуальную физиологию и межвидовые отношения, в то время как время абиотических событий влияет на глобальные потоки питательных веществ», — объясняет Смит.
«Фотопериод и зимнее охлаждение влияют на фенологию растений умеренного пояса». Фенология включает в себя такие вещи, как закладка почек, распускание почек и цветение растений. Он также включает в себя более сложное поведение животных, такое как миграция, размножение и откладывание яиц. Это поведение тесно синхронизировано в природе, среди людей и среди разных видов. Воспроизвести это будет огромной проблемой.
Очевидно, что люди не размножаются в зависимости от сезона, но мы не изолированы от времени года, особенно в регионах с умеренным климатом. «Времена года также наделяют характеристики, важные для психологического восстановления, например, осенний цвет, зимняя тишина, весенние цветы и летняя листва», — пишет Смит, и он не ошибается.
Еще одно различие между Марсом и Землей, которое можно упустить из виду, — это лунные циклы. Луна Земли массивна и имеет мощное влияние. Крошечные Фобос и Деймос, пара спутников Марса в форме картофеля, почти не влияют на Марс. Даже если бы Марс был полон жизни и имел бы океаны, эти два маленьких камня не могли бы вызывать приливы. Фактически, на поверхности Марса могут быть области, где луны никогда не видны.
Смит описывает Луну Земли как zeitgeber, «ритмично происходящее природное явление, которое действует как сигнал в регуляции циркадных ритмов тела», согласно определению словаря. Продолжительность марсианского дня аналогична земному, поэтому суточные ритмы могут не вызывать затруднений.
Марс получает только 43% солнечного света, который получает Земля. Исследования показывают, что этого достаточно для фотосинтеза, но скорость роста растений на Марсе не будет соответствовать земной без искусственного увеличения. Это еще одно препятствие, которое можно преодолеть с помощью техники и технологий, но оно усложняет ETNR.
Смит говорит о размещении природных заповедников в подземных лавовых трубах, что обеспечит защиту от ультрафиолета и другие преимущества. В этих случаях потребуется искусственное усиление света.
Для ETNR потребуется почва. Марс имеет базальтовую кору, которая содержит много питательных веществ, необходимых для земных растений. «Базальтовые почвы с вулканическим пеплом — хорошие сельскохозяйственные почвы», — пишет Смит, ссылаясь на другие исследования. «Измельченный базальт может повысить рН почвы, а его растворение высвобождает полезные питательные вещества, в том числе фосфор». Фосфор является одним из трех основных питательных веществ, необходимых растениям для роста: азот, фосфор и калий.
В марсианской почве, вероятно, достаточно азота для роста растений, но растениям также нужны 16 других питательных микроэлементов. «Обо всем этом сообщается с Марса или марсианских метеоритов», — пишет Смит. Но в плодородии почвы участвуют и другие химические вещества, которые напрямую не потребляются растениями. Это сложная головоломка.
Земная почва не только содержит все необходимые растениям питательные вещества. Он также полон микробов и существ, таких как дождевые черви. Эти существа являются частью живой системы в почве Земли. Потребуется ли переделывать всю систему? Если да, то это экстраординарный уровень сложности. Исследования показывают, что кое-что из этого можно воспроизвести в марсианском реголите, но это исследование проводилось на воспроизведенной марсианской грязи. Насколько мы можем быть уверены, что сможем построить на Марсе целую почвенную систему?
Марсианский реголит также содержит больше токсинов, чем земная почва. На Марсе более высокий уровень перхлоратов, что делает реголит токсичным для форм жизни. В марсианском реголите также намного больше оксидов железа, и в сочетании с повышенным содержанием перхлоратов и перекиси водорода получается очень токсичная смесь. Может ли реабилитация справиться с этим? Возможно. На самом деле создание почвы с нуля является важным строительным блоком для ETNR и будет одной из самых сложных задач.
Затем идут марсианские пыльные бури. Часть марсианского реголита настолько хороша, что его поднимают ввысь во время штормов, которые иногда превосходят континентальную часть США. Он накапливается на поверхностях и представляет собой проблему для солнечных батарей на марсианских спускаемых аппаратах. Это также снижает количество солнечной энергии, достигающей поверхности, что создает дополнительную нагрузку на фотосинтез.
Следует также учитывать более низкую гравитацию Марса. Марсианская гравитация составляет всего 38% от земной, а гравитация является одним из факторов, регулирующих рост растений. Могло ли высокое вечнозеленое дерево вырасти в условиях пониженной гравитации Марса?
«Эксперименты показывают, что 0,3 г (< Марса) достаточно для запуска гравитропных реакций, но меристематическая компетентность может быть потеряна под луноподобной (0,17 г) гравитацией», — пишет Смит. Гравитропные реакции — это реакция растений на гравитацию, и они работают двумя способами. Чарльз Дарвин показал, что корни растений проявляют положительный гравитропизм, то есть они растут по направлению к центру тяжести, а стебли растут в направлении от гравитации. Исследования показывают, что растения могут расти и фотосинтезировать в условиях микрогравитации, и астронавты выращивали различные виды растений на МКС, где гравитация составляет 89% от земной. Но эти эксперименты проводились на селективных культурах. На МКС не выращивали деревья.
«На основании таких данных можно предположить, что некоторые растения будут терпеть гравитацию Марса», — пишет Смит. «Однако это также влияет на функцию леса».
Гравитация влияет не только на рост растений. Он регулирует множество других вещей, которые необходимо учитывать. «Опадение листьев и побегов, прыжки, полеты, обрушение валежника, удары дождевых капель и дренаж воды придают динамизм», — объясняет Смит. Но более низкая гравитация также может дать некоторые преимущества. Меньший свет Марса может способствовать «длинноногому» росту растений, более слабым стеблям и менее энергичному росту в целом. Низкая гравитация может сбалансировать некоторые из этих негативных эффектов.
Смит отмечает, что попытки воссоздать определенный биом земного леса контрпродуктивны. Они слишком сложны для повторения. «Леса Земли обязаны своим формированием экологическому и эволюционному давлению, которое будет отличаться от такового в марсианских CTTE. Ни одна лесная пищевая сеть не была полностью нанесена на карту, сами навесы потенциально содержат более 100 000 трофических связей, что затрудняет дублирование». Вместо этого земная экосистема будет новой паутиной жизни, которой потребуется время, чтобы утвердиться в среде Марса. Цель состоит в том, чтобы ввести виды и посмотреть, какие из них адаптировались, что даст время для развития новой гибридной экосистемы.
«Разработчики ETNR должны рассматривать виды как экологические винтики, которые могут быть собраны в функциональные экосистемы. Воспроизведение земных лесов в настоящее время невозможно, но возможно развитие новых экосистем, функционирующих неожиданным образом. Марсианские леса не будут напоминать или функционировать точно так же, как земные. леса, но все же может доставить чудо; осень в 0,38 g предлагает сказочный листопад», — пишет он.
В статье Смита гораздо больше подробностей. Это огромная тема, и мы только начинаем решать все вопросы. Например, если ETNR предназначены для предоставления передышки людям на Марсе, нам нужны некоторые из подходящих видов. «Лесной массив без пения птиц или бабочек — это плохая ТТЭ. Такое отсутствие может усугубить тоску по дому», — объясняет он. Какое навязчивое чувство бродить по тихому лесу. С другой стороны, мы все могли бы обойтись без комаров.
А как насчет этических ограничений? Не все наши усилия будут успешными. Имеем ли мы право переносить другие формы жизни в ETNR только для того, чтобы смотреть, как они страдают и умирают, если не выдерживают условий? Или все усилия были бы частью поддержания всей жизни на Земле в случае бедствия, так что их страдания были бы рядом с нашими?
Это сложные вопросы без простых ответов.
Наше понимание того, как жизнь устроена вместе, далеко не полное. Мы все еще озадачены, когда группы китов выбрасываются на берег или когда происходит массовая гибель птиц. Мы не можем ожидать «замораживания» условий в ETNR, чтобы никогда не было вымирания. Это может привести к появлению новых ниш, используемых другими формами жизни. Это природа, и если мы собираемся воссоздать ее, мы должны ее принять.
Смит подчеркивает еще один момент, который иногда теряется в такого рода дискуссиях. Очевидно, что Homo sapiens не возник в вакууме. Мы развивались вместе с другими формами жизни, и мы не можем выжить без них. На самом базовом уровне наш кишечник колонизирован бактериями — важной частью человеческого микробиома — и без них мы облажались. На этом базовом биологическом уровне нам нужны другие формы жизни, чтобы выжить, а они, в свою очередь, полагаются на другие формы жизни. Сеть жизни необычайно сложна.
Это ошеломляющий вопрос: есть ли у нас знания, чтобы восстановить изолированную земную экосистему на Марсе? Но постановка этого вопроса приводит к другому предчувствию вопроса:
Вынуждаем ли мы себя оказаться в ситуации, когда нам нужно ответить на первый вопрос, прежде чем мы будем готовы?
Даже если мы никогда не доберемся до Марса и не построим ETNR, мысленное упражнение подводит нас к следующему: природа — это всеобъемлющая структура, которая управляет нашей жизнью, и мы нуждаемся в ней больше, чем в нас. И мы несем ответственность за сохранение природы. «С биоцентрической точки зрения мировые лидеры должны быть обеспокоены будущим жизни во Вселенной и ролью человечества в ее защите и распространении», — пишет Смит. «На планете с ограниченной обитаемостью это важная обязанность. Выживание жизни в любой форме является высшим биоцентрическим приоритетом».
