微生物が火星でのロケット燃料製造に役立つかもしれない

火星まで行くのに十分な燃料を積むのは難しく、費用もかかる。帰路の燃料を積むのはさらに難しいが、微生物がその必要性をなくす可能性がある。

火星への有人ミッションから帰還するために必要な燃料だけでも 80 億ドルかかる。そこでジョージア工科大学の科学者チームは、火星に微生物を持ち込み、宇宙飛行士の帰還に必要な燃料を生物学的に生産する計画を提案した。研究者たちは、火星で化学的に燃料を作る方法を長い間研究してきた。ネイチャー コミュニケーションズ誌に掲載されたチームの新しい研究によると、微生物はおそらくより重い支援装置を必要とするが、理論的には化学的方法よりも消費電力が少ないという。

「これは非常に有望だと思います。この種の詳細な研究としては初めてのことです」と、この研究には関わっていないフロリダ大学の宇宙合成生物学研究者アモール・メネゼス氏は言う。メネゼス氏はNASAの宇宙生物工学利用センター（CUBES）の科学主任研究員だ。これは火星でのバイオ燃料生産が実現可能であることを示す最初の説得力のある証拠だと同氏は言う。

研究チームの計画は、火星の二酸化炭素、水、太陽光を使って2種類の微生物を育て、燃料を生産することだ。1つ目の微生物はシアノバクテリアの一種で、24億年前に今日の酸素に富んだ大気を形成したのと同じ種類の生物だ。この微生物は、捕獲した二酸化炭素（火星の希薄な大気の主成分）を糖と酸素に変換する。2つ目の微生物は大腸菌の遺伝子組み換え型で、この糖を2,3-ブタンジオールという燃料に変換する。研究チームは、火星500日のミッションで1日あたり105キログラム（231ポンド）の微生物バイオマスを処理することを目指している。研究はまだ初期段階なので、実際にどの程度実現可能かは分からない。

このプロセスで得られる余剰酸素は、炎が燃えるためには燃料と酸素の両方が必要なため、極めて重要です。地球では、酸素が大気の 5 分の 1 を占めるため、燃料のことだけを考えるのは簡単です。そのため、酸素は十分に行き渡っています。しかし、ロケット エンジンが宇宙空間で作動するには、その酸素をエンジンに搭載する必要があります。微生物は、呼吸用の空気としても使用できる余剰酸素を実際に生成します。

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「これは非常に突飛な概念」であり、「SFっぽい」ようにも聞こえるとメネゼス氏は言うが、火星探査でバイオ燃料を使うべきかどうかという問題を約5年間研究し、潜在的なコストと電力節約を検討した結果、「答えは断固としてイエスだ」としている。

この計画の課題の1つは、火星が太陽から遠いため、地球の半分以下の太陽放射しか受けず、微生物の成長速度が制限されるという事実だ。また、微生物シェルター、つまり微生物に餌を与え、保護し、凍結を防ぐための薄い密閉タンクを建設するという偉業もある。

火星には将来の探査者がアクセスできるかもしれない水の氷があるが、その氷には塩分が含まれている可能性があり、水を使えるようにするにはそれを除去する必要がある。光と水に加えて、微生物は窒素、リン、そして地球から運ばれるさまざまな微量元素を必要とするだろうと研究は述べている。

さらに、火星の表面には強烈な紫外線が放射されている。シアノバクテリアや大腸菌は丈夫な微生物だが、地球の厚い大気がなければ、太陽の強烈な光線から保護する必要がある。

技術的なハードルの他に、NASA の惑星保護プロトコルの問題がある。現在、NASA は火星への微生物の持ち込みを禁止している。しかし「コストと電力の面でのメリットを考えると」、将来的には承認される可能性があるとメネゼス氏は言う。ある時点で、NASA の惑星保護局は「火星で合成生物学が実行できるかどうかについて判断を下さなければならない」と同氏は言う。

この技術は将来有望ではあるものの、まだ非常に新しいため、メネゼス氏は、この技術はおそらく火星への2回目または3回目のミッションに役立つだろうと述べている。「正直に言うと、実際の火星ミッションでは、宇宙飛行士が生き残ることを絶対に確信したいのであれば、おそらく最初のミッションで必要になるかもしれないほとんどすべてのものを、念のために詰め込むことになるでしょう…」

訂正：2021年11月9日：この記事の以前のバージョンでは、ジョージア工科大学の研究者らが Nature 誌に論文を発表したが、実際は Nature Communications 誌に掲載されていた。この誤りを深くお詫び申し上げます。