كيف يمكن لأصعب الميكروبات على الأرض أن تساعدنا في استعمار المريخ

تكشف دراسة جديدة كيف يمكن للميكروبات المتخصصة أن تحول الثرى المريخي إلى هياكل متينة تدعم الحياة.

منذ اللحظة الأولى التي مشى فيها البشر على القمر لأول مرة، كانت فكرة توسيع الحضارة خارج الأرض هي التي وجهت وكالات الفضاء الكبرى أثناء تخطيطها لحياة طويلة المدى خارج كوكبنا. من بين كل العوالم القريبة، المريخ تبرز باعتبارها الوجهة الأكثر منطقية للتسوية المستقبلية. إن مناظرها الطبيعية الواسعة وميزاتها الشبيهة بالأرض تجعلها هدفًا جذابًا للاستكشاف، ومع ذلك يظل خلق وجود بشري دائم هناك أحد أكثر مساعينا العلمية والهندسية طموحًا.

الكوكب الذي نراه اليوم بعيد كل البعد عن كوكب المريخ في الماضي البعيد. منذ مليارات السنين، كان مغلفًا بغلاف جوي أكثر سمكًا، ثم تلاشى منذ ذلك الحين، تاركًا وراءه ظروفًا مختلفة تمامًا عن تلك الموجودة على الأرض. يوفر المريخ الحديث هواءً رقيقًا غنيًا بثاني أكسيد الكربون، وضغطًا سطحيًا أقل من 1% من ضغط الأرض، ودرجات حرارة تتراوح بين -90 درجة مئوية إلى 26 درجة مئوية معتدلة نسبيًا.

تُظهر هذه الظروف المتطرفة، جنبًا إلى جنب مع الإشعاع الكوني المنتشر والنقص التام في الهواء القابل للتنفس، أن إنشاء ملجأ على المريخ يتطلب أكثر بكثير من مجرد إقامة الهياكل الأساسية. يجب أن يعمل أي موطن مستقبلي كنظام وقائي داعم للحياة مصمم لتحمل بيئة لا ترحم. ونظرًا لأن نقل مواد البناء من الأرض مكلف وغير مستدام، يتجه الباحثون إلى استخدام الموارد في الموقع (ISRU)، والذي يعتمد على تحويل موارد المريخ المحلية إلى مكونات بناء مفيدة.

تحويل المواد المحلية إلى البنية التحتية المريخية

وقد ساهمت الدكتورة شيفا خوشتينات، باحثة ما بعد الدكتوراه في قسم الكيمياء والمواد والهندسة الكيميائية “جوليو ناتا” في Politecnico di Milano، في هذا الجهد من خلال الدراسات التي تعتمد على خلفيتها الواسعة في الهندسة المدنية والهندسة المعمارية وعلوم المواد وعلم الأحياء.

يدرس عملها كيف يمكن للعمليات الطبيعية، وخاصة التمعدن الحيوي والثقافات الميكروبية المشتركة، أن تكون بمثابة أنظمة ذاتية التوجيه للبناء. في منشور في الحدود في علم الأحياء الدقيقةتقدم الدكتورة خوشتينات والمؤلفون المشاركون مفهومًا جديدًا للبناء المريخي يستكشف كيف يمكن للتفاعلات الميكروبية أن تحول الثرى المريخي إلى مواد قوية قابلة للاستخدام. وتحدد النتائج التي توصلوا إليها الأساس العلمي المبكر لبناء أول موائل دائمة على الكوكب الأحمر.

مثل ناساتجمع المركبة الجوالة Perseverance عينات من Jezero Crater، وهو موقع شكله نظام نهر قديم، ويواصل العلماء البحث عن علامات الحياة المبكرة على المريخ. تثير هذه الجهود سؤالا ملحا: إذا كانت الكائنات الحية الدقيقة موجودة على المريخ ذات يوم، فهل يمكن لاستراتيجيات ميكروبية مماثلة أن تساعد البشر في يوم من الأيام على بناء وطن مستقبلي هناك؟

من الأرض إلى المريخ

ذات مرة، بدأت الحياة على الأرض بكائنات دقيقة متواضعة في برك ضحلة وبحار. قام هؤلاء المهندسون الصامتون بتحويل كوكبنا، من ملء السماء بالأكسجين إلى بناء شعاب مرجانية مرنة لا تزال قائمة حتى يومنا هذا. الآن، بينما تتجه أنظار البشرية نحو السماء، قد يحمل هؤلاء المبدعون الصغار المفتاح لتحويل عالم قاحل إلى منزل نابض بالحياة.

يقود بحثنا مسارًا جريئًا، مستوحى من الطبيعة الأم. وفي جهد دولي متعدد التخصصات، اجتمعنا معًا لتسخير إحدى عجائب الطبيعة: التمعدن الحيوي. هذه الظاهرة، التي تتكشف عندما تنتج الكائنات الحية الدقيقة (البكتيريا والفطريات والطحالب الدقيقة) المعادن كجزء من عملية التمثيل الغذائي الخاصة بها، قد شكلت المناظر الطبيعية للأرض لمليارات السنين. هذه الكائنات الحية الدقيقة التي تزدهر ليس فقط في المياه المألوفة ولكن أيضًا في البيئات القاسية مثل البحيرات الحمضية والتربة البركانية والكهوف العميقة قد تكشف عن التنوع المطلوب للتكيف مع المريخ.

مسترشدين ببيانات من مركبات المريخ فيما يتعلق بتركيبة التربة المريخية (الثرى)، يستكشف بحثنا مسارات تمعدن ميكروبية متعددة لاكتشاف أي منها يمكن أن يشكل مواد بناء قوية لموائل المريخ دون تشكيل خطر التلوث بين الكواكب. ومن بينها، يعتبر التثبيت الحيوي، الذي يستخدم الكائنات الحية الدقيقة لتوليد مواد طبيعية شبيهة بالأسمنت مثل كربونات الكالسيوم في درجة حرارة الغرفة، هو الأكثر واعدة. في جوهر بحثنا يوجد جهد تعاوني بين نوعين من البكتيريا الرائعة: حمولة بوغية من الباستورياوهي بكتيريا معروفة تنتج كربونات الكالسيوم عن طريق تحليل البول داء الكروكوسيديا، وهي بكتيريا زرقاء مرنة معروفة بالبقاء على قيد الحياة في البيئات القاسية، بما في ذلك ظروف المريخ المحاكاة.

ويشكلون معًا شراكة قوية. داء الكروكوسيديا يبث الحياة في محيطه عن طريق إطلاق الأكسجين، مما يخلق بيئة دقيقة ترحيبية له حمولة بوغية من الباستوريا. علاوة على ذلك، فإن المادة البوليمرية خارج الخلية التي يفرزها داء الكروكوسيديا الدروع حمولة بوغية من الباستوريا من الأشعة فوق البنفسجية الضارة على سطح المريخ. بدوره، سبورسارسينا تفرز البوليمرات الطبيعية التي تغذي نمو المعادن وتقوي الثرى، وتحول التربة الرخوة إلى مادة صلبة تشبه الخرسانة.

نحن نتصور أن هذه الثقافة البكتيرية المشتركة ممزوجة بالثرى المريخي كمواد خام للطباعة ثلاثية الأبعاد على المريخ. عند تقاطع علم الأحياء الفلكي، والكيمياء الجيولوجية، وعلوم المواد، وهندسة البناء، والروبوتات، يمكن لهذا النظام التآزري أن يحدث ثورة في إمكانية البناء على الكوكب الأحمر، ويعيد تعريف التصميم للتصنيع على المريخ.

لكن هذه الشراكة الميكروبية تقدم فوائد تتجاوز البناء. داء الكروكوسيديابفضل قدرته على إنتاج الأكسجين، يمكن أن يدعم ليس فقط سلامة الموائل ولكن أيضًا أنظمة دعم الحياة لرواد الفضاء. على مدى فترات زمنية أطول، يتم إنتاج الأمونيا كمنتج ثانوي أيضي حمولة بوغية من الباستوريا يمكن استخدامها لتطوير أنظمة زراعية مغلقة وربما تساعد في جهود إعادة تأهيل المريخ.

خطوة واحدة في كل مرة

ومع ذلك، فإن الرحلة بدأت للتو. على الرغم من أن الوكالات الدولية تخطط لبناء أول موطن بشري على المريخ في أربعينيات القرن الحالي، إلا أن عودة عينة المريخ تواجه تأخيرات متكررة، مما يعيق التحقق التجريبي من تقنيات البناء الخاصة بالمريخ. وبينما تستعد وكالات الفضاء لإرسال بعثات مأهولة إلى المريخ في العقد المقبل، يجب علينا أن نعزز فهمنا للبناء المشتق بيولوجيًا خارج كوكب الأرض حتى نكون جاهزين لليوم التالي.

ومن منظور علم الأحياء الفلكي، يجب علينا أن نكشف كيف تتفاعل هذه المجتمعات الميكروبية مع الثرى المريخي وتتغلب على الضغوطات الناجمة عن البيئة المعادية للكوكب. توفر محاكيات الثرى المختبري نهجًا عمليًا لاختبار الثقافات المشتركة في ظروف تحاكي تلك الموجودة على المريخ ولبناء نماذج تنبؤية لأداء التثبيت الحيوي.

على جبهة الروبوتات، يتمثل أحد التحديات الرئيسية في تكرار جاذبية المريخ على الأرض لاختبار عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد وتحسين التحكم المستقل في البناء لمهمات المريخ المستقبلية. ولذلك، يجب علينا تطوير خوارزميات تحكم قوية وبروتوكولات مصممة خصيصًا ستمكننا ليس فقط من البناء بشكل أكثر كفاءة، ولكن أيضًا من إعادة تعريف أساليب التصنيع لبيئة المريخ الفريدة. الرحلة مليئة بالحيوية، ولكن خطوة بخطوة، كل اكتشاف، وكل تجربة ناجحة، وبروتوكول تم اختباره، يجعلنا أقرب إلى اليوم الذي ستطلق فيه البشرية على كوكب المريخ موطنًا لها.

المرجع: “من الأرض إلى المريخ: منظور حول استغلال التمعدن الحيوي لبناء المريخ” بقلم شيفا خوشتينات وجاريد لونج فوكس وسيد محمد جواد حسيني، 13 أكتوبر 2025، الحدود في علم الأحياء الدقيقة.
دوى: 10.3389/fmicb.2025.1645014

التمويل: زمالة ناسا لأبحاث الدراسات العليا لتكنولوجيا الفضاء (NSTGRO)، مركز ناسا لأبحاث استكشاف النظام الشمسي الافتراضي (SSERVI) لعلوم سطح القمر والكويكبات (CLASS)

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.