古代の農法が火星での人類の生存に役立つかもしれない

NASA は宇宙農場の壮大な計画を掲げており、宇宙生物学者からは火星で栽培するのに最適な作物について多くのアイデアが出ている。科学者たちは、将来の地球外農場を最適にするために、どのような栽培方法が赤い惑星での潜在的な作物収穫量を高めることができるかについても研究している。トマト、ニンジン、エンドウ豆を使ったいくつかの新しい実験では、異なる作物を混ぜて栽培すると、火星の特定の条件下で一部の植物の収穫量を高めることができることがわかった。この発見は地球上の生命にも影響を与える可能性があり、5 月 1 日にPLOS One誌に掲載された研究で説明されている。

火星の温室

将来人類が火星で長期間生き延びるためには、栄養のある食べ物が不可欠となるだろう。SF小説および映画『オデッセイ』で偽の宇宙飛行士マーク・ワトニーがジャガイモを栽培した方法を学ぶのは面白く、ためになったが、本物の宇宙飛行士は将来の火星居住地で食料を栽培するために地球から役立つ資源を得る必要がある。

これを最も効果的に行う方法を知るために、地球上の科学者はここで赤い惑星の独特な条件をシミュレートする必要があります。火星の大気は地球の約 100 倍薄く、主に二酸化炭素、窒素、アルゴンガスで構成されています。将来、火星のコロニー全体を、酸素、窒素、二酸化炭素が適切に混合された地球のような大気を持つ温室に似た制御された囲いの中に設置する必要があります。

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「火星の最良の環境は、実は温度、湿度、ガスなどの条件が管理された温室なのです」と、オランダのワーゲニンゲン大学の宇宙生物学者で研究共著者のレベッカ・ゴンサルベス氏はPopSciに語っている。

この研究で、ゴンサルベス氏とチームは大学の温室を使用して火星の栽培環境をシミュレートしました。彼らは、火星の表面を覆う緩い岩石質の物質をシミュレートした環境で作物がどのように育つかをテストしました。対照群として、標準的な培養土と砂の入った鉢を使用しました。また、水分保持力と根の保持力を高めるために、砂と火星の表面のサンプルに有機土壌やその他の栄養素も加えました。

植物を摘む

この火星の偽農場の植物として、研究チームはエンドウ豆、ニンジン、トマトを選んだ。2014年の研究では、これら3種は火星のレゴリスで栽培できることが判明した。ゴンサルベス氏によると、これらの植物が栽培できると知ることが鍵だった。というのも、彼らは別の疑問に対する答えを探していたからだ。彼らは、コンパニオンプランツや混植（2種以上の植物を近くに植える古代の栽培技術）を使って、作物の収穫量を増やす方法を知りたかったのだ。これら3種は、将来、栄養面で重要な役割を果たす可能性もある。

「これらの食品は、抗酸化物質、ビタミン C、ベータカロチンを豊富に含み、栄養価が高いことから選ばれました」とゴンサルベス氏は言います。「これは重要なことです。なぜなら、これらの栄養素は、宇宙ミッションに食料を送る際に主に使われる食品の脱水プロセスで完全に失われてしまうからです。したがって、火星のコロニーでは、これらの栄養素を含む新鮮な食料の生産が必須なのです。」

これらの作物は、互いに補完し合う特性を持つ仲間の種でもあります。エンドウ豆は、窒素を「固定」できるマメ科植物であるため、混作システムの主な貢献者と考えられています。窒素固定では、一部の植物とバクテリアが空気中の窒素を植物が栄養として利用できるアンモニアの形に変えることができます。これは、他の植物に利益をもたらし、植物システムに追加される肥料の必要性を減らします。ゴンサルベス氏によると、これは赤い惑星で植物が成長するために必要なリソースを最適化するものです。

「ニンジンは土壌の通気性を高めるために使われ、コンパニオンプランツによる水分と栄養分の吸収を改善します。また、トマトは温度に敏感なニンジンに日陰を作り、エンドウ豆の蔓を支えるために使われました」とゴンサルベス氏は言う。

赤い果実、赤い惑星

これら 3 種類の植物はいずれも火星のレゴリスでかなりよく育ち、最小限の栄養素を加えるだけで 0.5 ポンド強の収穫がありました。トマトは、単独で育てた対照群のトマトよりも、エンドウ豆やニンジンと一緒に混作した方がよく育ちました。この方法で育てたトマトはバイオマスが高く、カリウムも多く含まれていました。

しかし、このレゴリスでの混作は、ニンジンとエンドウ豆の収穫量を減少させたようだ。これらの植物は単独で育てた方がよく育った。今後の実験では、模擬火星レゴリスの扱い方に何らかの変更を加えることで、混作による収穫量の増加に役立ち、ニンジンとエンドウ豆の収穫量が同様に増加することを期待している。

「それが種のひとつに対して本当にうまく機能したという事実は大きな発見であり、これからさらに研究を進めることができる」とゴンサルベス氏は言う。

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研究チームはまた、砂質土壌の対照群で混作が有利に働いたことにも驚いた。混作は3種の植物のうち2種に利益をもたらし、この発見は地球上の農業システムに応用できるかもしれない。気候変動により一部の土壌は砂質化しており、この研究は混作がこの問題の解決にどのように役立つかを調べる継続的な取り組みの一環である。

今後の研究では、研究チームは「火星の現地資源を100%使用した完全に自立したシステム」を実現する方法を見つけ出したいと考えています。これにより、将来の植民地をより経済的に実現可能になり、補給ミッションへの依存度が低くなります。

「火星農業研究の目標はまさにこれですが、痩せた土壌を再生する秘密を解明し、同時に高収量で自立した食糧生産システムを開発できれば、地球上で私たちが抱えている多くの問題の解決策も見つかるでしょう」とゴンサルベス氏は言う。