Οικοσύνθεση στον Άρη

4) Το περιβάλλον του Άρη και η εφαρμοσμένη πλανητική μηχανική

οικοσύνθεση στον Άρη

Παρακάτω παρατίθεται ένα σύνολο ερευνητικών αρχών για την οικοποίηση. Παρατίθενται με τη σειρά με την οποία θα ήταν λογικό να εφαρμοστούν σε ένα ερευνητικό πρόγραμμα οικοποίησης:

1. Υποθέτουμε ότι το κεντρικό πρόβλημα που εξετάζεται είναι η οικοποίηση της επιφάνειας του Άρη.
Ο Άρης βρίσκεται μέσα στην «κατοικήσιμη ζώνη» του ηλιακού συστήματος, όσον αφορά στην απόσταση από τον ήλιο και έρχεται δεύτερος μετά τη Γη ως προς το πόσο φιλόξενος θα μπορούσε να υπάρξει για κάποιες μορφές ζωής. Αφού οι νόμοι της φυσικής και της χημείας είναι παγκόσμιοι, η ακολουθία των γεγονότων που οδήγησαν στην εμφάνιση της ζωής στη γη, θα μπορούσαν να εμφανιστούν κι αλλού. Ο Άρης μπορεί κάλλιστα να θεωρηθεί υποψήφιος και για την ύπαρξη ζωής στην επιφάνειά του όπως και για την εποίκησή του από τον άνθρωπο. Η χημική σύσταση της επιφάνειας του Άρη (απόλυτες και σχετικές οι συγκεντρώσεις φαίνονται στον πίνακα 1) είναι αρκετά παρόμοια με αυτές της γήινης επιφάνειας, με εξαίρεση τη χαμηλή περιεκτικότητα σε άζωτο.
Οι φυσικές συνθήκες του περιβάλλοντος στον Άρη που θα δυσκόλευαν την επιβίωση και ανάπτυξη γηγενών οργανισμών είναι: η χαμηλή ατμοσφαιρική πίεση (~ 7 millibar), οι χαμηλές θερμοκρασίες (-100°C έως 5°C, με σπάνιο έναν μέγιστο των 26°C), η απουσία υγρού νερού (απ' ότι έχει παρατηρηθεί μέχρι σήμερα), η αφιλτράριστη υπεριώδης ακτινοβολία, η απουσία σημαντικού στρώματος όζοντος, η απουσία οργανικών μορίων και οι υψηλές συγκεντρώσεις των οξειδωτικών στην επιφάνεια.
Η ατμοσφαιρική πίεση στον Άρη, που οφείλεται κυρίως στο CO2, ποικίλλει από περίπου 7.4 έως 10 millibar (mbar). Η εξαιρετικά χαμηλή αυτή πίεση μπορεί να βλάψει τους οργανισμούς και να έχει επιπτώσεις σε επισκευές του DNA.

2. Οι αρχικές συνθήκες που μελετώνται στη γη θα πρέπει να μοιάζουν με εκείνες που αναμένεται για να υπάρξουν στην καλύτερη δυνατή τοποθεσία στην επιφάνεια του Άρη (μια εύκρατη τοποθεσία με χαμηλό ύψος ή με κοντινές πηγές νερού στο Βορά).
Οι φυσικές και χημικές ιδιότητες του πλανήτη συνοψίζονται στον πίνακα 1, στη σελίδα 14.
Στον Άρη υπάρχουν λεπτές ισορροπίες μεταξύ της διαθεσιμότητας του νερού και της θερμοκρασίας. Γενικά, το νερό είναι διαθέσιμο μόνο κοντά στους πόλους επειδή εκεί η θερμοκρασία είναι αρκετά χαμηλή ώστε να αποτρέψει την εξάχνωση παρά τη χαμηλή πίεση. Το υγρό νερό μπορεί να υπάρξει παροδικά μέσα στα πεδινά του Άρη, στη μεσημβρία στους θερινούς μήνες και περιστασιακά όταν η πίεση (15 - 20 mbar) και η θερμοκρασία (2-20 oC) είναι και οι δύο επάνω από το τριπλό σημείο του νερού (τριπλό σημείο είναι ο μοναδικός συνδυασμός πίεσης και θερμοκρασία στην οποία και οι τρεις φάσεις του νερού συνυπάρχουν, 0.006oC και 6.1 mbar).

3. Η θερμοκρασία της επιφάνειας του Άρη θα πρέπει να ανέλθει σε επίπεδα που θα ήταν ανεκτά για κάποιες ανθεκτικές μορφές ζωής που υπάρχουν ήδη στη γη. (Ανθεκτικές στη χαμηλή θερμοκρασία).
Λίγο μετά από τις αποστολές των Viking, οι Averner, MacElroy (1976) και Kuhn, Rogers και MacElroy (1979) ξεκίνησαν ένα πρόγραμμα για να μελετηθεί η δυνατότητα εποίκισης και πλανητικής οικοσύνθεσης του Άρη με τον σχεδιασμό ενός μοντέλου θερμικής ισορροπίας. Οι αρχικές μελέτες υπολόγισαν την επίδραση που θα είχε μια Αριανή ατμόσφαιρα στους φωτοσυνθετικούς μικροοργανισμούς. Η αρχική θέρμανση της επιφάνειας προβλέπεται να επιτευχθεί με την προσθήκη του σκούρων υλικών (αιθάλης, χώματος ή μικροοργανισμών) στον πάγο που βρίσκεται κοντά στους πόλους ώστε να αρχίσει η τήξη του νερού και του παγωμένου CO2 για να αυξήσει την ατμοσφαιρική πίεση και τη συγκράτηση της θερμότητας που παράγει η ηλιακή ακτινοβολία. Θέρμανση της ατμόσφαιρας επιτυγχάνεται κι από την προσθήκη αερίων φθορανθράκων (οργανικών ενώσεων C-F) στην ατμόσφαιρα του πλανήτη, οι οποίοι είναι πολύ αποτελεσματικό θερμοκηπικό αέριο.

4. Οι πρώτοι οργανισμοί πρέπει να αντλήσουν την ενέργεια από το ορυκτό περιεχόμενο της επιφάνειας του Άρη ή/και της ηλιακής ακτινοβολίας. Ο δε μεταβολισμός τους πρέπει να παραγάγει θερμοκηπικό αέριο και να συμβάλλει έτσι στην αύξησή του στην ατμόσφαιρα του πλανήτη.
Από την εμφάνιση του προγράμματος MacElroy, το 1975, αρκετά οικοσυστήματα στη γη έχουν προσδιοριστεί ως δυνητικοί πρώτοι «άποικοι» για το περιβάλλον του Άρη. Αυτός ο βιόκοσμος μπορεί να ταξινομηθεί ως «ακραιοφιλής» (extremophiles) και να περιλάβει κατηγορίες ανυδροβιωτών, ψυχροφιλών, θερμοφιλών και αλόφιλων οργανισμών (οργανισμών που επιβιώνουν σε συνθήκες υψηλής αλατότητας).
Ψυχροφιλή βρίσκουμε στις λίμνες καλυμμένες με πάγο στο Bunger Hills Oasis της Ανταρκτικής και στην Αρκτική Σιβηρία. Θερμοφιλή και αλόφιλα (μεταξύ των οποίων και ενδολιθικά βακτηρίδια) βρίσκονται σε ακραία ξηρές ερήμους, βράχους των Άλπεων, και καυτές πηγές.
Μια αποτελεσματική οικοποιητική στρατηγική απαιτεί να γνωρίζουμε τα όρια αντοχής των γήινων οργανισμών, ειδικά όσον αφορά στην ξηρασία και του περιορισμένου οξυγόνου. Για να καταλάβουμε αυτά τα όρια, πρέπει πρώτα να εξετάσουμε την ευρύτερη δυνατή σειρά γενετικά κωδικοποιημένων ικανοτήτων. Έπειτα, πρέπει να προσδιοριστούν οι συνθήκες που δεν είναι καταστρεπτικές για τους οργανισμούς της γης που είναι πιο φιλικοί σε ακραίες συνθήκες. Χρησιμοποιώντας υλικά από την επιφάνεια του Άρη (ή όμοια με αυτά) και αίθουσες προσομοίωσης του πλανητικού περιβάλλοντος, μπορεί να εξεταστεί η αντοχή τέτοιων οργανισμών.

5. Οι πρώτοι οργανισμοί πρέπει να είναι ικανοί να αντέχουν, ή να προστατεύονται από την υπεριώδη και ιονίζουσα ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια του Άρη και την υψηλή συγκέντρωση CO2 της ατμόσφαιρας.
Η ατμόσφαιρα του Άρη στερείται ενός στρώματος όζοντος και επιτρέπει στην ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία να φτάσει στην Αριανή επιφάνεια σε μήκη κύματος που κυμαίνονται από 190 έως 300 nm. Στα ζωντανά κύτταρα η ακτινοβολία αυτή απορροφάται από τα νουκλεϊνικά οξέα και προκαλεί τον χημικό σχηματισμό διάφορων ουσιών που εμποδίζουν την αντιγραφή και μεταγραφή του DNA. Μπορούν να προκαλέσουν και τον θάνατο του κυττάρου. Η υψηλή συγκέντρωση του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα (~95.3%), θα προκαλούσε χαμηλό ενδοκυτταρικό pH, με συνέπεια τη ζημία σε κυψελοειδή συστατικά, πρωτεΐνες και στον μεταβολισμό των περισσότερων γήινων οργανισμών.

6. Οργανισμοί που θα εισαχθούν νωρίς στην διαδικασία οικοποίησης θα πρέπει να παραγάγουν σημαντικά ποσά Ο2.
Σε κάποιο από τα αρχικά στάδια της εξέλιξης του οικοσυστήματος (μέσω της εισόδου νέων οργανισμών σε αυτό), το Ο2 θα είναι απαραίτητο για να συμβάλλει τις «σκοτεινές» αντιδράσεις των φωτοσυνθετικών οργανισμών, οι οποίοι εξαρτώνται από τη συγκέντρωση Ο2. Επίσης θα χρειάζεται και για να υποστηρίξει το μεταβολισμό αερόβιων μικροβίων.

7. Τα ανώτερα φυτά θα πρέπει να εισαχθούν αργότερα και να μελετηθούν υπό τις συνθήκες που το πρωτογενές οικοσύστημα που προηγήθηκε θα έχει δημιουργήσει.
Τα πρώτα αυτά φυτά θα πρέπει να είναι είδη που αντέχουν στο κρύο, που δεν αναπαράγονται με γονιμοποίηση ή που μπορούν να επικονιαστούν χωρίς τη βοήθεια εντόμων. Επίσης θα πρέπει να επιβιώνουν με χαμηλές συγκεντρώσεις Ο2 και υψηλές συγκεντρώσεις CO2 και σε συνθήκες ακραίας η ξηρασίας.


  Δείτε τη συνέχεια: επόμενο
Ή μεταβείτε στην ενότητα: