Исследователи Манчестерского университета (Великобритания) предложили строить колонии на Марсе из смеси марсианского грунта и человеческого сывороточного альбумина (human serum albumin, HSA), выделяемого из крови, и мочевины, выделяемой из мочи, слёз и пота колонистов. Благодаря этому авторы планируют снизить затраты на космические перелёты за счёт сокращения количества перевозимых строительных материалов.
Согласно расчётам учёных, перевозка стройматериалов на Марс на текущий момент обойдётся космическим агентствам не менее чем в $2 млн за кирпич. Кроме того, значительно увеличится логистическая сложность дальних перелётов. В связи с этим логично использовать материалы, уже присутствующие на поверхности Марса.
Исследователи поставили целью сформировать высокопрочный материал для строительства из имеющихся у колонистов ресурсов. В марсианском грунте присутствует много материалов, полезных для строительства. Вопрос лишь в том, где взять материал для его скрепления.
Авторы отмечают, что самый логичный источник строительных ресурсов, упускаемый учёными из виду — сам экипаж. В ходе исследования они обратили внимание на синтетическую биологию и использование связующих веществ биологического происхождения, таких как мочевина и HSA.
HSA — самый распространённый белок в плазме крови. Его концентрация колеблется в пределах 40—54 г на литр и восстанавливается со скоростью 12—25 г в сутки у взрослого здорового человека. Как указали учёные, забирать кровь у экипажа можно безопасно и относительно регулярно, используя процедуры, разработанные для доноров. Кроме того, процесс выделения альбумина из крови относительно прост и экономичен.
В ходе экспериментов авторы смешивали имитацию марсианского и лунного реголита, HSA и воду чтобы создать подходящий материал для строительства и печати на 3D-принтере. Полученный материал назвали «биокомпозит внеземного реголита» (extraterrestrial regolith biocomposite, ERB). ERB показал прочность на сжатие до 25,0 МПа. Для сравнения — прочность стандартного бетона варьируется в пределах 20—32 МПа.
Согласно расчётам, за счёт одного члена экипажа можно производить около 2,5 кг ERB в месяц, что примерно соответствует массе стандартного кирпича из красной глины. Если использовать материал только в качестве раствора для скрепления, каждый член экипажа в течение 72-недельной миссии на Марс мог бы произвести достаточно HSA для строительства жилого пространства для поддержки себя и ещё одного астронавта.
В этот раствор также добавляли мочевину, поскольку она вызывает денатурацию белка. Она приводит к формированию так называемых β-складчатых слоёв, удерживающих материал. Включение мочевины повысило прочность на сжатие ERB до 39,7 МПа и увеличило плотность и концентрацию лёгких атомов, что, вероятно, повлияет на защиту экипажа от радиации.
Учёные отметили, что для создания первых колоний подойдут практически любые человеческие ресурсы, например, ногти и волосы (кератин), омертвевшие клетки кожи (коллаген), слизь и человеческие фекалии. Авторы планировали проверить теорию об использовании замороженных или высушенных фекалий в качестве ножей и других инструментов на поверхности Марса (при температуре до - 63 °C), но не смогли это сделать из-за «проблем со здоровьем и безопасностью».
Одним из центральных факторов, мешающих реализации идеи с альбумином, стала дополнительная физиологическая нагрузка на экипаж. Регулярный забор крови вместе с повышенными нагрузками на организм в ходе длительных космических полётов может значительно усугубить состояние человека. По этой причине авторы рассмотрели использование сывороточного альбумина других млекопитающих, выделенного из плазмы коров, кроликов, коз и других видов животных.
Наиболее близким к HSA по свойствам оказался бычий сывороточный альбумин. Предположительно, его можно использовать в качестве замены человеческому. Но в таком случае у экипажа появляется множество других проблем, связанных с содержанием животных на космических кораблях и самом Марсе. Наличие животных могло бы стимулировать развитие внеземного животноводства, снабдить экипаж дополнительными источниками пищи и материалов (шерсть, кость и т.п.) и разнообразить пребывание на корабле и поверхности Марса. Однако на текущий момент содержать животных на корабле крайне невыгодно.
Ещё одной альтернативой названы синтетические белки, полученные путём экспрессии микроорганизмов. Для их получения необходима доставка и установка на Марсе автономного биореактора. Если тщательно продумать оборот ресурсов и минимизировать расходы, этот метод может облегчить строительство колоний. Также авторы предполагают использование паучьего шёлка для дополнительной поддержки ERB.
Как отмечают учёные, концепцию ещё предстоит проверить в ходе дополнительных исследований. Неизвестно, как продолжительное донорство повлияет на физическое и психологическое здоровье экипажа. Кроме того, предстоит установить процесс износа ERB в имитируемых марсианских условиях и изучить альтернативные варианты скрепления материала.
Материалы исследования опубликованы в статье «Blood, sweat and tears: extraterrestrial regolith biocomposites with in vivo binders» в журнале Materials Today Bio Doi.org/10.1016/j.mtbio.2021.100136.
