Anders als bei der Mondlandung 1969 sind diese Missionen für einen l?ngeren Aufenthalt konzipiert, was die Wissenschaft vor neue Herausforderungen stellt: Neben einem Lebensraum müssen zum Beispiel die wenigen von der Erde mitgebrachten Materialien zur Ausstattung und Verpflegung der Astronautinnen und Astronauten effizient und nachhaltig genutzt werden. Humboldt-Stipendiat Cyprien Verseux vom Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) an der Universit?t Bremen hat nun erste Forschungsergebnisse bei frontiers ver?ffentlicht, die darauf hindeuten, dass sich Cyanobakterien unter Mars-Bedingungen hervorragend ver澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育en und damit die Basis für biologische Lebenserhaltungssysteme bilden k?nnen.

Autarke Lebenserhaltungssysteme

Zum Mars fliegt ein Raumfahrzeug je nach Planetenkonstellation mindestens neun Monate. Neben der langen Anreisezeit machen es zudem die hohen Sicherheitsaspekte und Transportkosten schwierig, Astronautinnen und Astronauten auf dem Mars kontinuierlich mit lebenserhaltenden Verbrauchsmaterialien zu versorgen. Für eine langfristige Explorationsmission müssen also die Ressourcen auf dem Mars produziert und recycelt werden. Eine L?sung dafür w?ren biologische Systeme, genauer bioregenerative Lebenserhaltungssysteme (BLSS). Mit einem BLSS auf Basis von Cyanobakterien k?nnte die Crew auf lokale Ressourcen zurückgreifen und damit die Abh?ngigkeit von der Erde stark reduzieren, so Verseux.

Bekannt sind Cyanobakterien vor allem als Blaualgen, die im Sommer unsere Seen befallen. Die Bakterien, die zu ?ltesten Lebewesen unserer Erde geh?ren, passen sich vielen Extrembedingungen gut an und wachsen, indem sie Stickstoff und Kohlenstoff aus der Luft aufnehmen und dem Wasser durch z.B. Landwirtschaft zugeführte N?hrstoffe entziehen. Wenn im Sommer die Rahmenbedingungen für die f?lschlicherweise als Algen bezeichneten Bakterien ideal sind, ver澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育en sich die Bakterien. Wenn die Konzentration zu hoch ist, sind einige Arten für den Menschen ungesund, da sie bei Kontakt mit der Haut Allergien ausl?sen k?nnen. Auf dem Mars kommt allerdings ihr volles Potential zum Tragen, da sie durch Photosynthese Sauerstoff produzieren – ein für den Menschen überlebenswichtiges und au?erhalb der Erdatmosph?re rares Gut. Diese F?higkeit findet man zwar bei fast allen Pflanzen, aber Cyanobakterien k?nnen darüber hinaus auf Basis der N?hrstoffe wachsen, die auf dem Mars vorhanden sind. Gespeist mit Marsgestein und -atmosph?re eignen sie sich als die Grundlage für ein cyanobakterien-basiertes Lebenserhaltungssystem (CyBLiSS).

Testlabor für verschiedene Atmosph?ren

Um sich Cyanobakterien auf anderen Planeten zu Nutzen zu machen, wird zun?chst im Labor erforscht, wie sie auf unterschiedliche Umgebungsbedingungen reagieren: Es muss ein Kompromiss gefunden werden zwischen mars?hnlichen Bedingungen (die den Bau und Betrieb eines Kultivierungssystems erleichtern würden) und Bedingungen, die das Wachstum von Cyanobakterien am besten unterstützen. ?Atmos“ (Atmosphere Tester for Mars-bound Organic Systems) ist ein atmosph?rengesteuerter Unterdruck-Photobioreaktor, der im ?Laboratory for Applied Microbiology“ (LASM) am ZARM entwickelt wurde. Mit Hilfe von Atmos arbeitete das Forschungsteam in den letzten Monaten daran, die optimalen atmosph?rischen Bedingungen für das Wachstum der Cyanobakterien der Gattung Anabaena sp zu bestimmen und dabei zugleich die technische Umsetzbarkeit auf dem Mars zu berücksichtigen.

Die Erdatmosph?re setzt sich aus Stickstoff (78%) und Sauerstoff (21%) sowie jeweils einem kleinen Anteil an Argon und Kohlenstoff zusammen. Die Marsatmosph?re hingegen besteht zwar aus den gleichen Stoffen, setzt sich aber nahezu gegens?tzlich zusammen, da sie haupts?chlich aus Kohlenstoff (95%) und nur kleinen Anteilen von Stickstoff und Argon besteht, sowie nur Spuren von Sauerstoff enth?lt. In Atmos wurden nun in verschiedenen Durchl?ufen die Anteile der Gase sowie der Umgebungsdruck ver?ndert und die entsprechende Entwicklung der Bakterien beobachtet. Ziel der Untersuchungen war es, sich so weit wie m?glich der Marsatmosph?re anzun?hern w?hrend gleichzeitig noch ein starkes Wachstum der Cyanobakterien erhalten bleibt. Als Ergebnis ihrer Forschung der letzten Monate erhielt das Forschungsteam vielversprechende Antworten:
Haupts?chlich konnten sie nachweisen, dass sich die Cyanobakterien hervorragend ver澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育ten, wenn sie einer Atmosph?re ausgesetzt sind, die der Marsatmosph?re nicht un?hnlich ist – und zwar sowohl im Hinblick auf die Gase (4 % Kohlenstoff; 96% Stickstoff) als auch dem atmosph?rischen Druck (100 hPa). Das erreichte Wachstum hat die Erwartungen sogar deutlich übertroffen. Dies ist insofern vielversprechend, als dass es die technisch-logistische Umsetzung eines auf der Marsoberfl?che befindlichen CyBLiSS erheblich erleichtert. Zum einen, da dann der Druckunterschied zwischen Innen- und Au?enseite des Photobioreaktors nur gering ist und somit weniger hohe Ansprüche an die Statik der Konstruktion gestellt werden. Zum anderen, weil es m?glich w?re, die ben?tigte Gasphase mit minimaler Verarbeitung aus der lokalen Atmosph?re zu erzeugen. Sonstige fehlende N?hrstoffe für das Wachstum der Bakterien k?nnen ebenfalls vor Ort aus Marsger?ll (Regolith) gewonnen werden: Das Team zeigte, dass die Cyanobakterien in der modifizierten Atmosph?re in Wasser auf einem simulierten Marsboden ohne zus?tzliche N?hrstoffe wachsen konnten. Als weiteres Forschungsergebnis haben die Untersuchungen der entstandenen Biomasse gezeigt, dass diese als Substrat für nachfolgende Module von Lebenserhaltungssysteme geeignet ist, um auf dem Mars weitere Ressourcen zu generieren.

Erfolgsversprechende Ergebnisse

Das Forschungsteam vom ZARM freut sich darüber, dass die atmosph?rischen Bedingungen, die die technische und logistische Machbarkeit von Cyanobakterien-Kultursystemen auf dem Mars verbessern, die von der Biologie diktierten Anforderungen erfüllen k?nnen. Damit rückt die Umsetzung eines CyBLiSS weiter ins Zentrum der potentiellen Mars-Lebenserhaltungssysteme bei zukünftigen Mars-Missionen. Mit diesen ersten Ergebnissen beginnt die Arbeit im LASM allerdings erst so richtig. In den n?chsten Monaten werden Cyprien Verseux und sein Team das CyBLiSS-Design verfeinern, um sowohl die F?higkeiten, Cyanobakterien auf dem Mars zu züchten, als auch ihre Verwendung zur Produktion von N?hrstoffen für biologische Organismen in nachfolgenden BLSS-Modulen zu verbessern.

Link zur Pressemitteilung: https://www.zarm.uni-bremen.de/de/presse/einzelansicht/article/staying-long-term.html

MAPEX Research Highlight: /en/mapex/research/research-highlights/mapex-research-highlights/a-low-pressure-n2-co2-atmosphere-is-suitable-for-cyanobacterium-based-life-support-systems-on-mars