Há muito tempo, um clã de ousados micróbios chamados cianobactérias ajudaram a transformar uma Terra sem vida em uma biosfera vibrante. Agora, estas mesmas criaturas podem ser o segredo para colonizar Marte.

As plantas terão um trabalho difícil na superfície hostil do planeta vermelho, mas as cianobactérias lidam com ambientes extremos há eras. Um estudo liderado pelo astrobiólogo Cyprien Verseux, do Instituto de Pesquisa Ames da NASA, argumenta que podemos fazer estas pequenas máquinas de fotossíntese produzirem diversos recursos de que precisamos para sobreviver – incluindo comida, oxigênio e até medicamentos.

Abaixo seguem algumas maneiras nas quais as cianobactérias podem nos ajudar a construir uma colônia marciana.

Extrair elementos

Na ficção científica, vemos humanos colhendo em campos de trigo abaixo dos céus marcianos e cultivando fileiras de batatas dentro de habitats climatizados. Mas, na realidade, cultivar qualquer tipo de planta em Marte será um desafio, já que o solo marciano carece de ingredientes essenciais.

Marte. Crédito: Wikimedia
Marte. Crédito: Wikimedia

Primeiro de tudo, não há muito nitrogênio ali. E as plantas precisam de muito dele em duas formas químicas: amônia (NH3) ou nitrato (NO3). A maior parte do nitrogênio de Marte está preso em forma de N2 na atmosfera do planeta, e até onde sabemos, o solo marciano é bem pobre do elemento. O Curiosity só encontrou o primeiro vestígio de nitrogênio biologicamente útil em Marte em março deste ano.

Essa não é uma situação muito diferente da presente na Terra, mas nós temos uma solução: micróbios. A cianobactéria é um dos diversos grupos de fixadores de nitrogênio, espécies que liberam enzimas especializadas em puxar N2 do ar e convertê-lo em amônia. Na Terra, os fixadores de nitrogênio vivem simbolicamente dentro das raízes das plantas, alimentando seus hospedeiros com nutrientes em troca de açúcar. Verseux e seus colegas argumentam que poderíamos cultivar a cianobactéria para extrair todo fertilizante de que precisamos da atmosfera marciana.

Além do nitrogênio, existe uma enorme lista de outros nutrientes que plantas e humanos precisam para se manterem saudáveis — fósforo, magnésio, potássio, cálcio, zinco, ferro e por aí vai. A maioria destes elementos podem ser encontrados nas rochas basálticas que cobrem a superfície de Marte, e a cianobactéria pode ajudar a extraí-los.

Certas espécies excretam enzimas que literalmente digerem minerais, liberando os nutrientes dentro delas. Inclusive, foi essa capacidade metabólica que provavelmente ajudou as antigas cianobactérias a colonizar a superfície estéril da Terra.

As cianobactérias são boas mineradoras de nutrientes, mas é possível que possamos avançá-las para ainda mais além do que eles evoluíram. Com algumas modificações genéticas, podemos criar uma cianobactéria capaz de extrair todo tipo de metais úteis de rochas. Já usamos micróbios em operações de mineração de cobre e ouro na Terra, e a companhia de mineração de asteroides, a Deep Space Industries, está bem ocupada criando espécies que podem mastigar rochas espaciais e excretar platina.

A grande corrida do ouro marciano não será liderada por pioneiros com picaretas, mas, sim, por cientistas com bactérias geneticamente modificadas.

Enchendo a barriga

Se os colonos marcianos precisam levar todo o alimento que consumirão da Terra, isso adicionará peso, combustível e dinheiro ao custo total da viagem. Para uma colônia marciana se tornar sustentável, precisaremos de comida cultivada em Marte. Mas estas não serão necessariamente plantas.

Hmm, deliciosas bactérias. Crédito: WILLIAM ISMAEL/Flickr
Hmm, deliciosas bactérias. Crédito: WILLIAM ISMAEL/Flickr

Claro, a alface espacial foi uma das grandes conquistas da ISS este ano, mas em Marte, faz muito mais sentido aos colonos comerem micróbios verdes. O planeta vermelho recebe cerca de 44% da luz do Sol que a Terra recebe, então é necessário que os cultivos feitos lá sejam os mais eficientes possíveis.

Estudos já mostraram que a cianobactéria coleta melhor a luz solar do que as plantas, convertendo grandes porcentagens dos fótons recebidos em calorias. Além disso, ao cultivar bactérias em biorreatores controlados, podemos otimizar o crescimento delas a um nível não alcançado pelos vegetais folhosos.

Se comer micróbios para o almoço soa um pouco estranho, tenha em mente que a cianobactéria já é um suplemento alimentício bem popular na Terra. Já ouviu falar na Spirulina? Trata-se de um pó verde-azulado presente em lojas de alimentos saudáveis: é a cianobactéria do gênero Arthrospira, que tem alto teor proteico, além de quase ser uma fonte nutricional completa – ela só não possui vitamina C e alguns óleos essenciais.

De novo, com algumas pequenas modificações genéticas, podemos aperfeiçoar o perfil nutritivo da Arthrospira — e seu sabor. Bares com Spirulina em diversos sabores talvez sejam tudo o que os bravos colonos marcianos precisem pare se sentir em casa.

Ar para respirar

A fina atmosfera marciana praticamente não tem oxigênio: 0,13% de O2, comparados aos 21% presentes na Terra. Obviamente, isso é menos do que o ideal.

Renderização de um sistema de suporte à vida baseado na vida biológica da cyanobacteria em Marte. Crédito: Verseux et al. 2015
Renderização de um sistema de suporte à vida baseado na vida biológica da cianobactéria em Marte. Crédito: Verseux et al. 2015

A fotossíntese — o incrível processo bioquímico que transforma luz solar em açúcar — também gera O2 como resíduo. Ao capturar e converter energia solar de forma mais eficiente que as plantas, a cianobactéria também produz mais resíduos — ou seja, mais oxigênio.

“A cianobactéria são produtores de O2 mais eficientes”, escrevem Verseux e seus colegas. “Enquanto árvores liberam cerca de 2,5 a 11 toneladas de O2 por hectare ao ano, o cultivo industrial em poços abertos da espécie Arthrospira no sudeste da Califórnia libera cerca de 16,8 toneladas de O2 por hectare ao ano”.

Os pesquisadores notam que, com um sistema biorreator com temperaturas, fluxo de nutrientes, densidade celular e iluminação otimizadas, a produção de O2 poderia ser drasticamente aumentada.

Verseux e seus colegas preveem coletar esse O2 e canalizá-lo nos sistemas de suporte à vida, tudo isso enquanto capturam o CO2 que exalamos para alimentar de volta o biorreator. Em Marte, o ciclo da vida será movido a válvulas de fluxo.

Carregando nossos rovers

E mesmo que você não queira comer bactérias no café da manhã, almoço e janta, você pode abastecer o seu rover com elas. Lembra-se das enzimas fixadoras de nitrogênio que transformam atmosfera em fertilizante? Quando não há nitrogênio o suficiente, as enzimas ficam confusas e começam a coletar hidrogênio, convertendo-o em H2 — também conhecido como combustível de foguete. Não é claro como a cianobactéria pode ser persuadida para produzir quantidades utilizáveis disso, mas essa é uma questão que pede para ser explorada.

O rover Curiosity. Crédito: NASA
O rover Curiosity. Crédito: NASA

Deixando o combustível de foguete de lado, a cianobactéria produz uma vasta variedade de óleos que podem ser coletados e refinados em biocombustíveis. Inclusive, biocombustíveis baseados em algas são tão eficientes que o Departamento de Energia dos EUA considera que as algas poderiam estar alimentando qualquer máquina movida à diesel hoje.

Mesmo que não quisermos queimar a cianobactéria diretamente, podemos usá-la para complementar leveduras, que produzem outro biocombustível popular — o etanol. De uma forma ou de outra, parece possível que a primeira expedição pelos Valles Marineris e até o topo do Monte Olimpo marciano serão movidas à bactérias.

Ah, e a melhor parte de se queimar combustível em Marte? Lá é tão quente que não precisamos nos preocupar nem um pouco com gases do efeito estufa.

Todo o resto

Se quisermos chegar a Marte a longo prazo, precisaremos pensar além de apenas o suporte básico à vida. Eventualmente, colonos humanos irão precisar de diversos tipos de materiais sintéticos, suplementos e medicamentos. Será que a resposta para tudo isso está nos micróbios? Uma rápida olhada na indústria biotécnica da Terra sugere que sim.

Já temos E.coli cheio de genes necessários para produzir de tudo, desde ingredientes cosméticos, antibióticos e medicamentos contra o câncer. Da mesma forma, alguns pesquisadores acreditam que podemos usar a cianobactéria para gerar todo tipo de produtos úteis em Marte, incluindo remédios, bioplástico e materiais de construção.

“A habilidade das cianobactérias em produzir material orgânico a partir de recursos marcianos, combinado à nossa crescente habilidade em engenharia metabólica, torna possível considerar muitas outras aplicações, desde a criação de funções para suporte à vida até a geração de produtos de conforto”, escrevem Verseux e seus colegas.

Estes pesquisadores reconhecem que ainda existe muita ciência para se fazer até chegar a este ponto. Mas se uma coisa é clara, é que nossos amigos micróbios têm o potencial para ser muito, muito mais que um mero suplemento à sua vitamina.

Ainda levaríamos plantas!

Eu sei o que você está pensando neste momento. Barras de cereais de algas? Pelo resto da minha vida? Os personagens de Battlestar Galactica não ficariam extremamente infelizes com isso?

Imagem do jardim espacial do filme 'Sunshine: Alerta Solar'
Imagem do jardim espacial do filme ‘Sunshine: Alerta Solar’

Sim, mas lembre-se, aqueles humanos também fugiam pelas galáxias de Cylons sedentos por sangue. Mas de volta ao ponto: receber o necessário para a nossa nutrição e suporte à vida das cianobactérias não significa que deixaremos as plantas para trás.

A ciência já provou diversas vezes os benefícios de cultivar vegetais folhosos, e apenas por essa razão, é importante levar plantas a Marte. As plantas provavelmente farão uma pequena contribuição calórica à vida em Marte, mas se elas puderem ajudar a manter nossos bravos colonos longe da loucura, já serão válidas.

Colocar os primeiros humanos em Marte será um grande passo, mas mantê-los vivos pode ser um dos maiores desafios tecnológicos que já encaramos. Pelos seus bilhões de anos na Terra, as cianobactérias já provaram ser excelentes extratoras de recursos, agentes de terraformação e, mais importante, sobreviventes. Talvez seja a hora de oferecermos a elas um desafio maior.

Referências

Verseux, C., Baqué, M., Lehto, K., de Vera, J.P., Rothschild, L.J., e Billi, D. (2015). Sustainable life support on Mars – the potential roles of cyanobacteria. International Journal of Astrobiology, pp.1-28.

Brown, I.I. & Sarkisova, S. (2008). Bio-weathering of lunar and Martian rocks by cyanobacteria: a resource for Moon and Mars exploration. In Lunar and Planetary Sciences XXXIX, pp. 12.

Cockell, C.S. (2010). Geomicrobiology beyond Earth: microbemineral interactions in space exploration and settlement. Trends Microbiol. 18, 308314.

Dahlgren, R., Shoji, S.& Nanzyo, M. (1993). Mineralogical characteristics of volcanic ash soils. In Volcanic Ash Soils – Genesis, Properties and Utilization, ed. Shoji, S. & Nanzyo, M., pp. 101143. Elsevier Science Ltd, Amsterdam.

Dismukes, G.C., Carrieri, D., Bennette, N., Ananyev, G.M. & Posewitz, M.C. (2008). Aquatic phototrophs: efficient alternatives to land-based crops for biofuels. Curr. Opin. Biotechnol. 19, 235240.

Primeira foto por WILLIAM ISMAEL/Flickr