V klasické pohádce musí cizrna hlasitě zpívat (neboli křičet), aby na ni vzhledem k její skromné velikosti nikdo nešlápl. I tak je ale schopen velkých výkonů. Stejných, jakých ve skutečném životě dosáhl cizrna vypěstovaná týmem vědců v simulované měsíční „půdě“. Toto je příběh a zároveň začátek něčeho mnohem většího.
V době, kdy se NASA připravuje na návrat k našemu satelitu s misí Artemis II, vyvstává dilema, které již nelze odkládat: co budou astronauti jíst, až tam budou žít měsíce nebo dokonce roky? Přeprava veškerého jídla ze Země by byla mimořádně nákladná a neefektivní: každý kilogram nákladu navíc zvyšuje náklady na start a komplikuje logistiku dlouhodobých misí. Zároveň je stravování pouze v sáčcích a zpracovaných přídělech něco, co se z dlouhodobého hlediska projeví na fyzickém i duševním zdraví vesmírných cestovatelů.
Měsíční farmy
Vědci se již léta zabývají myšlenkou vytvoření malých „měsíčních farem“: uzavřených systémů, které by produkovaly zeleninu, luštěniny a jednoho dne možná i ovoce, kyslík a část vody potřebné pro život. Tato myšlenka není jen romantická – zahrada s výhledem na Zemi – ale hluboce praktická: pěstování potravin in situ je klíčovou součástí takzvaného „využití zdrojů in situ“ (ISRU), strategie, jejímž cílem je co nejlépe využít to, co už na Měsíci nebo Marsu je, abychom nebyli tolik závislí na Zemi.
V tomto kontextu nová studie publikovaná v časopise Scientific Reports (skupina Nature), kterou vedla Jessica Atkinová z Texaské univerzity v Austinu, právě učinila nečekaný krok tímto směrem. Atkinové týmu se podařilo vypěstovat a sklidit cizrnu pomocí materiálu, který napodobuje měsíční prach, s přidáním několika „tajných“ přísad. Je to poprvé, kdy se podařilo vypěstovat takovou plodinu v simulátoru měsíčního regolitu s přiměřeným výnosem a s pomocí kořenům prospěšných hub.
Volba cizrny není náhodná. Tato luštěnina, tak běžná v dušených pokrmech a humusu, je koncentrovaným zdrojem bílkovin, vlákniny, železa a dalších minerálních látek, což je cenné v prostředí, kde se počítá každá živina. Navíc stejně jako jiné luštěniny může být cizrna spojena s bakteriemi vázajícími dusík (v tomto případě z rodu Mesorhizobium), které by v dlouhodobém horizontu mohly pomoci obohatit půdu chudou na živiny, jako je například měsíční půda.
Půda, která není půdou
Výzva je značná. Takzvaný měsíční regolit („prach“, který pokrývá povrch Měsíce) není půdou v pozemském slova smyslu. Neprošel miliony let působení deště, větru, kořenů a mikroorganismů. Je to spíše směs úlomků hornin rozdrcených dopady meteoritů, mikroskopického skla a velmi jemných částic elektricky nabitých slunečním zářením.
Z toho vyplývá několik problémů. Zaprvé v ní chybí mikroorganismy a organická hmota, dvě základní složky, které jsou pro rostliny nezbytné k tomu, aby se jim dařilo. Nejsou zde žížaly, bakterie rozkládající listí, žádné zbytky předchozího života, které by se recyklovaly. Na druhou stranu sice obsahuje minerální látky užitečné pro růst rostlin (například fosfor, draslík, vápník nebo hořčík), ale může také obsahovat potenciálně toxické těžké kovy, jako je chrom nebo nikl, a vysoce reaktivní formy železa, které mohou poškodit kořeny.5
Kromě toho je struktura regolitu abrazivní. Jeho částice jsou hranaté jako drobné skleněné střepy a mají tendenci se zhutňovat, což ztěžuje cirkulaci vody a dýchání kořenů. Astronauti z programu Apollo si stěžovali, že se jim měsíční prach na všechno lepí, dráždí jim kůži a poškozuje těsnění a filtry ve skafandrech.6 Přeměna tohoto nepřátelského materiálu v něco, co připomíná zeleninovou zahrádku, je sama o sobě malým výkonem biologického inženýrství.
Jak vytvořit laboratorní měsíc
K vytvoření takového prostředí v laboratoři použil Atkinův tým „simulátor“ měsíčního regolitu, který vyvinula floridská společnost Exolith Lab. Tento materiál v maximální možné míře reprodukuje chemické a mineralogické složení regolitu, který před více než půlstoletím nasbírali astronauti z programu Apollo, avšak bez vynaložení několika gramů skutečného měsíčního prachu, který zůstal jako vědecký poklad.
Simulátory, jako je Exolith, se vyrábějí drcením a mícháním pozemských hornin – suti, sopečného popela, minerálů bohatých na železo a titan – tak dlouho, až se podobají složení měsíčních vzorků. Nejsou dokonalé, ale umožňují experimenty, které by s původním materiálem nebyly možné, a to jak z hlediska množství, tak z hlediska bezpečnosti.
I s tímto simulátorem v ruce však tým narazil na zřejmý problém: nelze sázet přímo do „čistého“ regolitu a očekávat hojnou úrodu. Tento vzorec musel být obohacen a přeměněn na něco, co se více podobá úrodné půdě.
Od mrtvého prachu k živé půdě: žížaly a houby na pomoc
Prvním dílem skládačky bylo přidání vermikompostu, hnojiva produkovaného červenými červy, kteří rozkládají organický odpad. Tento kompost poskytuje nejen živiny (dusík, fosfor, draslík, mikroživiny), ale také organickou hmotu a společenství užitečných mikroorganismů, které pomáhají strukturovat půdu a chrání kořeny před patogeny.
V budoucím lunárním habitatu by takovým odpadem mohly být zbytky jídla, papír, bavlněná vlákna z oděvů a hygienických potřeb používaných astronauty, a po vhodném zpracování dokonce i některé jejich organické odpady. Jinými slovy, odpad posádky by se mohl stát kompostem pro jejich vlastní zahradu, čímž by se uzavřel základní recyklační cyklus v prostředí, kde nic nepřijde nazmar.
Chyběl však ještě jeden mikroskopický spojenec. Atkinův tým před výsadbou obalil cizrnu arbuskulárními mykorhizními houbami, organismy, které navazují symbiotický vztah s kořeny rostlin. Tyto houby vytvářejí síť vláken, která se táhne půdou a funguje jako prodloužení kořenového systému, pomáhá zachycovat vodu a živiny (zejména fosfor) a zároveň snižuje příjem potenciálně škodlivých těžkých kovů.
Odhaduje se, že na Zemi je více než 80 % suchozemských rostlin spojeno s nějakým druhem mykorhizy. Bez nich by mnoho lesů a plodin jednoduše nemohlo fungovat tak, jak fungují. Vzít tyto neviditelné spojence do vesmíru je téměř stejně důležité jako vzít s sebou samotné astronauty.
Experiment: Kolik „Měsíce“ snese cizrna?
Když měli vědci všechny ingredience, navrhli řadu směsí měsíčního simulantu a vermikompostu v různých poměrech. Cílem bylo odpovědět na velmi jednoduchou, ale zásadní otázku: Jak daleko lze „natáhnout“ měsíční regolit, aniž by rostliny zahynuly?
Výsledek byl překvapivě slibný. Když vědci smíchali simulant s vermikompostem v různých poměrech, rostliny dokázaly růst a produkovat cizrnu, pokud „půda“ obsahovala až 75 % simulovaného měsíčního prachu. To znamená, že při přidání pouhých 25 % organické hmoty a živin byl systém schopen udržet celý cyklus rostlin, od klíčení až po sklizeň.
Při vyšší koncentraci regolitu – tj. při menším množství vermikompostu – rostliny vykazovaly jasné známky stresu: pomalejší růst, žloutnutí listů, špatně vyvinuté kořeny. V nejextrémnějších případech odumřely ještě před dokončením vývoje. Měsíc, byť ochočený v laboratoři, stále připomíná, že není stvořen pro život, jak ho známe.
Přesto se i v těchto náročných podmínkách houby osvědčily: rostliny naočkované mykorhizami přežívaly déle a vykazovaly celkově lepší zdravotní stav než rostliny pěstované bez nich. Výzkumníci navíc zjistili, že houby dokázaly kolonizovat „půdu“ a zůstat v ní naživu, což naznačuje, že by stačilo zavést je jen jednou do skutečného zemědělského systému a nechat je, aby se samy rozšířily.
Dalším zajímavým detailem je, že tým porovnával růst v měsíčním simulátoru s růstem v chudé pozemské půdě a zjistil, že při správné kombinaci vermikompostu a hub by se výnosy cizrny v „měsíční půdě“ mohly přiblížit výnosům v kontrolních podmínkách na Zemi. Nejedná se sice o žádnou velkou úrodu, ale naznačuje to, že lunární farmy nejsou jen sci-fi.
Dá se ta cizrna jíst?
Přestože sklizeň cizrny představuje symbolický milník, mnoho otázek zůstává otevřených. Ta nejzřejmější: je bezpečná pro lidskou spotřebu?
Vědci upozorňují, že je ještě nutné podrobně analyzovat nutriční obsah semen a ověřit, zda rostliny neabsorbovaly toxické kovy z regolitu. Jinými slovy: zatím nevíme, zda by tato cizrna byla pro astronauty skutečně poživatelná bez dalšího ošetření nebo bez úpravy směsi půdy a hnojiv.
To není neopodstatněná obava. V roce 2022 se jinému týmu vědců z Floridské univerzity podařilo vypěstovat Arabidopsis thaliana – malou modelovou rostlinu hojně využívanou v biologii – ve skutečném měsíčním regolitu, který přivezly mise Apollo. Rostliny rostly, ale vykazovaly silný stres a genetické změny a jejich vývoj byl mnohem horší než v pozemské půdě.11 Jinými slovy, Měsíc umožňuje život rostlin, ale neochotně.
V případě cizrny se zdá, že použití vermikompostu a mykorhizních hub částečně tlumí tento stres, ale nenahradí přísnou analýzu bezpečnosti potravin. V dalších fázích projektu plánuje Atkinův tým studovat akumulaci kovů v kořenech, stoncích a semenech a upravit poměry simulantu a kompostu tak, aby se minimalizovala rizika.
Proč je cizrna ideálním kandidátem pro vesmírné využití
Kromě symboliky má cizrna několik vlastností, které z ní činí obzvláště atraktivní plodinu pro vesmírné mise:
- Vysoký obsah bílkovin: přibližně 20 % bílkovin, což je rozhodující v případě, že přístup k masu nebo rybám bude velmiomezený3.
- Dlouhá trvanlivost: Sušenou cizrnu lze skladovat měsíce nebo roky bez chlazení, což je ve vesmíru obrovská výhoda.
- Kulinářská všestrannost: lze ji konzumovat v dušených pokrmech, krémech, jídlech nebo svačinách, což pomáhá bojovat proti monotónnosti jídla, což je důležitý faktor pro duševní zdraví posádky.
- Schopnost vázat dusík (ve spojení s vhodnými bakteriemi), což by v dlouhodobém horizontu mohlo pomoci obohatit umělou půdu na měsíčních nebo marťanských základnách.
Není náhodou, že luštěniny zkoumají i další kosmické agentury. Například Evropská kosmická agentura (ESA) testovala pěstování čočky, hrachu a sóji v uzavřených systémech v rámci svého programu regenerativní podpory života.
Měsíční farmy: mnohem víc než jen potraviny
Když se mluví o zahradách na Měsíci, často si představíme saláty pro astronauty. Rostliny však v nehostinném prostředí nabízejí mnohem víc než jen jídlo:
- Fotosyntézouprodukují kyslík a pomáhají obnovovat vzduch v uzavřených stanovištích.
- Zachycují oxid uhličitý, jeden z hlavních metabolických zplodin lidského dýchání.
- Recyklují vodu: vodu, kterou rostliny transpirují, lze získat zpět pomocí kondenzačních systémů a vrátit ji do spotřebního okruhu.
- Zlepšují psychickou pohodu: Četné studie s astronauty a jejich obdobami v Antarktidě nebo na podmořských stanicích ukazují, že péče o rostliny snižuje stres a pocity izolace.13
NASA již něco z toho prokázala na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS), kde projekty jako Veggie a Advanced Plant Habitat umožnily pěstování salátů, ředkviček, zelí a paprik v mikrogravitaci.14 Astronauti nejenže některé z těchto plodin jedli, ale popisovali zážitek z toho, že uprostřed kovu a panelů roste něco zeleného, jako „malou připomínku Země“.
Velký rozdíl je v tom, že na ISS rostliny rostou v substrátech a živinách přivezených ze Země. Na Měsíci je tento hazard ambicióznější: jako základna se používá samotný regolit a doplňuje se odpadem vyprodukovaným posádkou. Jde o změnu paradigmatu od „vezmi všechno“ k „stavěj z toho, co máš“.
Kontext Artemis: život (a jídlo) mimo Zemi
Mise Artemis II, plánovaná jako první pilotovaný let kolem Měsíce od dob Apolla 17, je teprve začátkem. Program Artemis počítá s vybudováním lunární orbitální stanice (Gateway) a později i polostálých základen na povrchu.15 Podle tohoto scénáře nebudou astronauti na Měsíci trávit několik dní, ale celé sezóny.
K tomu, aby to bylo proveditelné, nestačí výkonné rakety. Je zapotřebí infrastruktura pro podporu života, která bude schopna recyklovat vzduch, vodu a část potravin. NASA a další agentury pracují na systémech CEA (Controlled Environment Agriculture), které kombinují LED osvětlení, přesné řízení teploty a vlhkosti a uzavřené okruhy vody a živin.16
Studie Atkina a jeho týmu zapadá do této skládačky jako další dílek: ukazuje, že výživná a náročná plodina, jako je cizrna, může dokončit svůj životní cyklus v prostředí založeném převážně na simulovaném měsíčním regolitu, pokud se přidají ti správní spojenci (žížaly, houby, organická hmota).
Zbývá podniknout ještě mnoho kroků: testovat další plodiny (pšenici, brambory, listovou zeleninu), zkoumat jejich chování v podmínkách nízké měsíční gravitace (šestina zemské), integrovat tyto systémy do přetlakových stanovišť a samozřejmě ověřit bezpečnost produkovaných potravin. Ale začátek už je tady.
Od cizrny k měsíčnímu obru
Pokud testy potvrdí, že tato cizrna je bezpečná, bude tato scéna něco jako vědecká pohádka. Místo pouhým okem téměř neviditelného Garbancita by se tato skromná luštěnina stala obrem: klíčovou součástí jídelníčku těch, kteří se odváží žít daleko od Země.
V příbězích se cizrna zachraňuje zpěvem, aby na ni nikdo nešlápl. Na Měsíci je to možná právě cizrna, která „zpívá“ za nás a dokazuje, že život může prorazit i v šedém, ostrém, zdánlivě neúrodném prachu. Pokud se jednoho dne dočkáme soběstačné měsíční základny s malým skleníkem osvětleným zevnitř, je docela možné, že mezi prvními rostlinami, které tam vyrostou, bude i několik keříků cizrny. A pak, ano, průzkum vesmíru bude jiný příběh.