Mars'ta patates yetişir mi? Marslı filminin bahçesi ve gerçek bilim

Kısa cevap: Doğrudan Mars toprağına ekilen bir patatesin bugünkü bilgilerimizle iyi bir hasat vermesi pek olası değil, ama bu iş imkânsız da değil. Mars'ın yüzey toprağı, yani regolit, bitkilere gereken bazı mineralleri içeriyor. Ne var ki aynı toprakta insan ve bitki sağlığı için zararlı perklorat tuzları var, organik madde ve canlı mikroorganizmalar ise yok. Yeryüzündeki deneyler, perkloratı arındırılmış ve organik maddeyle zenginleştirilmiş Mars benzeri topraklarda pek çok bitkinin yetişebildiğini gösteriyor. Üstelik bu tarım açık havada değil, basınçlı ve ısıtılan bir serada yapılmak zorunda.

Marslı filminde Watney patatesi nasıl yetiştirdi?

Ridley Scott'ın 2015 yapımı Marslı (The Martian) filminde botanikçi Mark Watney, ekibi tarafından öldüğü sanılarak Mars'ta tek başına kalıyor. Yardımın gelmesi yıllar alacağı için yiyeceğini kendisi üretmek zorunda. Yaşam modülünün (Hab) içinde, Mars toprağını mürettebatın biyolojik atıklarıyla karıştırarak bir patates bahçesi kuruyor. Bitkilere gereken suyu da artan roket yakıtından kimyasal yolla elde ediyor.

Peki Mars toprağında tam olarak ne var, ne eksik? Laboratuvarda taklit edilen Mars toprağıyla yapılan deneyler ne gösterdi?

Mars toprağı neden sıradan toprak değil?

Bahçemizdeki toprak; ufalanmış kaya, çürümüş bitki ve hayvan kalıntıları, su, hava ve milyarlarca mikroorganizmadan oluşan canlı bir sistemdir. Mars'ın yüzeyini örten regolit ise milyonlarca yıl boyunca kırılıp ufalanmış kaya ve tozdan ibaret. İçinde çürüyen yaprak da solucan da yok. Mars tozu diye adlandırılan malzemenin tanecikleri 30 mikrometreden küçük; yani unu andıran, çok ince bir malzeme. Bu tozda bol miktarda demir oksit bulunuyor.

Ortam koşulları da toprağın kendisi kadar zorlu. Mars'ın ortalama yüzey basıncı yaklaşık 600 pascal, Dünya'nınkinin ancak yüzde 0,6'sı. Atmosferin yaklaşık yüzde 96'sı karbondioksit. Ortalama yüzey sıcaklığı eksi 60 derece civarında. Kütleçekim Dünya'dakinin yüzde 38'i kadar. Mars Güneş'ten ortalama 1,52 astronomik birim uzakta. Ters kare yasasıyla yaptığımız basit hesaba göre birim alana düşen Güneş ışığı, Dünya'dakinin yaklaşık yüzde 43'ü. Dolayısıyla bir Marslı çiftçi, ne kadar iyi toprağı olursa olsun, bitkilerini kapalı, basınçlı, ısıtılan ve gerektiğinde yapay ışıkla aydınlatılan bir mekânda yetiştirmek zorunda. Gezegenin yüzeyi hakkında daha fazlası Mars'ın yüzeyi sayfamızda.

Verileri göster

Yüzey basıncı	Dünya'nın %0,6'sı
Atmosferdeki karbondioksit	yaklaşık %96
Ortalama yüzey sıcaklığı	yaklaşık −60 °C
Kütleçekim	Dünya'nın %38'i
Birim alana düşen Güneş ışığı	Dünya'nın ~%43'ü
Topraktaki perklorat (Phoenix)	ağırlıkça ~%0,5-0,6
Toprak pH'ı (Phoenix)	7,7 ± 0,5

Phoenix 2008'de Mars toprağında ne buldu?

NASA'nın Phoenix iniş aracı 25 Mayıs 2008'de Mars'ın kuzey kutup bölgesine yakın Vastitas Borealis ovasına, yaklaşık 68 derece kuzey enlemine indi. Robot koluyla topladığı toprak örneklerini aracın üzerindeki küçük bir "ıslak kimya laboratuvarında" suyla karıştırıp çözünen tuzları ölçtü. İlk sonuçlar Haziran 2008'in sonunda geldi.

Sonuçların bir kısmı umut vericiydi. Toprak orta derecede bazikti; pH değeri 7,7 ± 0,5 ölçüldü. Bu değer pek çok Dünya bitkisinin dayanabileceği bir aralıkta. Örneklerde magnezyum, sodyum, potasyum, kalsiyum, klorür ve sülfat gibi çözünmüş iyonlar bulundu. Bunların bir kısmı bitkiler için besin. Aynı yıl Phoenix, toprağın hemen altında su buzunun varlığını da doğruladı. Konunun ayrıntısı Mars'ta su maddemizde.

Perklorat neden bu kadar önemli?

Sürpriz, Ağustos 2008'de geldi: Toprakta ağırlıkça yaklaşık yüzde 0,5 ile 0,6 oranında perklorat bulunuyordu. Perklorat, bir klor atomunun dört oksijenle oluşturduğu iyonun tuzlarına verilen ad. Phoenix'in bölgesindekiler büyük ölçüde kalsiyum ve magnezyum perkloratlarıydı. Curiosity'nin 2012-2013'teki ölçümleri, bu tuzların yalnızca bir noktaya özgü olmadığını, Mars yüzeyine yaygın biçimde dağıldığını düşündürüyor.

İnsan için sorun, perkloratın tiroit bezini etkilemesi. Bu iyon, tiroidin kandan iyot çekmesini sağlayan taşıyıcı proteini rekabet yoluyla engelliyor. Tiroit hormonu iyotsuz üretilemediği için yüksek dozda perklorat bu hormonun yapımını aksatabilir. Bitkiler ise perkloratı topraktan alıp dokularında biriktirebiliyor. Yeryüzünde perkloratın kirli suyla sulanan sebzeler yoluyla besin zincirine girdiği biliniyor. Yani Mars'ta yetişen patates, ekildiği toprağın zehrini sofraya taşıyabilir.

İşin iyi yanı, perkloratın suda çok kolay çözünmesi. Toprağı bol suyla yıkamak bu tuzların önemli bir kısmını uzaklaştırabilir. Ama Mars'ta su değerli bir kaynak. Bir başka yol, perkloratı zararsız klorüre çeviren bakteriler. Bu yöntem yeryüzünde perklorat kirliliğini temizlemek için öneriliyor.

Mars benzeri toprakta bitki yetişti mi?

Gerçek Mars toprağı henüz Dünya'ya getirilmedi. Bu yüzden bilim insanları, Mars'taki ölçümlere benzeyen bileşimde hazırlanmış "benzetim toprakları" kullanıyor. Bu alandaki en bilinen çalışmalar Hollanda'daki Wageningen Üniversitesi'nden araştırmacı Wieger Wamelink ve ekibine ait.

Ekibin 2014'te hakemli dergi PLOS ONE'da yayımlanan ilk deneyi 8 Nisan 2013'te başladı ve 50 gün sürdü. Dört tarım bitkisi, dört azot bağlayıcı ve altı yabani bitki olmak üzere 14 türü; JSC-1A adlı Mars benzetim toprağında, Ay benzetim toprağında ve kontrol olarak besince fakir Ren nehri toprağında yetiştirdiler. 840 saksıya gübre eklenmedi, yalnızca saf su verildi. Sonuç şaşırtıcıydı: Bitkiler Mars benzetim toprağında çimlendi, büyüdü ve bazıları çiçek açtı. Mars toprağındaki büyüme, kontrol olarak kullanılan fakir nehir toprağındakinden bile biraz daha iyiydi. Ay benzetim toprağında ise birçok fide öldü ya da cılız kaldı.

Ekip 2019'da Open Agriculture dergisinde yayımlanan ikinci çalışmada bir adım ileri gitti. Bu kez benzetim topraklarına organik madde karıştırılarak on tarım bitkisi yetiştirildi. Ispanak dışındaki dokuz tür iyi gelişti ve dokuzundan da yenebilir ürün toplandı. En yüksek verim, Dünya toprağında ve Mars benzetim toprağında alındı.

Bir uyarı: 2014 makalesinde perklorattan söz edilmiyor. Yani bu deneyler Mars toprağının "fiziksel ve mineral" yanının bitkilere uygun olabileceğini gösteriyor, ama perklorat sorununu çözmüyor. Mars'ta gerçek bir tarla, önce yıkanmış ya da bakteriyle arındırılmış, sonra organik maddeyle "canlandırılmış" bir toprağa ihtiyaç duyacak. Toprağı canlandırmanın yollarından biri olarak mikroskobik mantarlarla bitki köklerinin ortaklığı da araştırılıyor; bu konudaki bir çalışmayı Mars toprağını tarlaya çevirmenin yolu mantar ortaklığından geçebilir haberimizde anlattık.

Peru çölünde "Mars'ta patates" deneyi

Patatesin kendisi için en ilginç girişim, merkezi Peru'nun başkenti Lima'da bulunan Uluslararası Patates Merkezi'nden (CIP) geldi. 1971'de kurulan merkez, dünyanın en büyük patates gen bankasını barındırıyor; burada 5.014 yerli patates çeşidi saklanıyor. CIP, Aralık 2015'te NASA ile birlikte "Potatoes on Mars" (Mars'ta Patates) adlı bir deney başlatacağını duyurdu. Bilim ekibinin başında NASA ile çalışan araştırmacı Julio Valdivia-Silva vardı; duyuruda NASA'nın Ames Araştırma Merkezi'nden gezegen bilimci Chris McKay da uzay kolonileri için besin üretmenin yakında gerçek olabileceğini söylüyordu.

Fikir basitti: Mars toprağına çok benzediği düşünülen bir toprak bulmak ve Mars atmosferine benzeyen, yaklaşık yüzde 95'i karbondioksit olan bir ortamda patates yetiştirmek. Toprak, Peru'daki Pampas de La Joya çölünden getirildi. CIP'in duyurusunda patatesin, normal koşullarda tahıllardan iki-dört kat fazla ürün verebildiği ve yüksek karbondioksitin bitkiye yarayabileceği vurgulanıyordu. Merkez Mart 2017'de ilk belirtilerin olumlu olduğunu açıkladı. Ancak bu bir laboratuvar benzetimiydi ve kullanılan çöl toprağının Mars'taki perklorat düzeyini taşıyıp taşımadığı açıklanmadı. Sonuç, "Mars'ta patates kesin yetişir" değil, "patates çok zorlu koşullara dayanabiliyor" diye okunmalı.

Uzayda bugüne kadar ne yetiştirildi?

Mars hayalinin ilk somut adımları Dünya yörüngesinde atılıyor. NASA'nın Veggie adlı küçük bitki yetiştirme ünitesi 2014'te Uluslararası Uzay İstasyonu'nda çalışmaya başladı. Ağırlığı 8 kilogramdan az, harcadığı güç 90 watt. Bitkiler toprak yerine, içinde tohum ve gübre bulunan "bitki yastıklarında" büyüyor. Kırmızı, mavi ve yeşil LED'ler Güneş'in yerini tutuyor.

Astronot Scott Kelly 8 Temmuz 2015'te kırmızı marul tohumlarını ekti. 33 gün sonra, 10 Ağustos 2015'te ekip hasat edilen yaprakları yedi. Bu, NASA donanımında yetiştirilip yenen ilk ürün oldu. Rus kozmonotlarının ise 2003'ten bu yana kendi ürünlerinin yarısını yediği biliniyor. Ocak 2016'da istasyondaki zinyalar 60 günlük bir yetiştirmenin ardından çiçek açtı. 2017'de daha gelişmiş bir bitki odası olan Advanced Plant Habitat istasyona ulaştı, 2023'te Veggie'de cüce domatesler yetiştirildi. İstasyondaki diğer deneyler için ISS'teki bilimsel deneyler sayfamıza bakabilirsiniz.

Bu deneylerin hiçbiri henüz patates değil, hiçbiri de Mars toprağında yapılmadı. Ama hepsi, düşük kütleçekimde suyun köklere nasıl ulaşacağı ve ışığın ne kadar olması gerektiği gibi sorulara cevap arıyor. Ay'daki düşük kütleçekimde suyun toprakta nasıl hareket ettiğine dair yeni bir çalışmayı Ay yerçekiminde su farklı akıyor haberimizde bulabilirsiniz.

Merak edebilecekleriniz

Mars'ta yaşamın bugün mümkün olup olmadığını Mars'ta yaşam mümkün mü? sayfamızda tartıştık. Mars toprağının tarla dışında yapı malzemesi olarak nasıl kullanılabileceğini maya ve jelatin deneyi haberimizde, astronotların bugün yörüngede ne yediğini ise Uzayda yemek maddemizde okuyabilirsiniz.

Kısaca

• Mars toprağında bitkiler için bazı mineraller var, ama organik madde ve mikroorganizma yok. Toprak ağırlıkça yaklaşık yüzde 0,5-0,6 oranında zararlı perklorat içeriyor.
• Phoenix 2008'de toprağın pH'ını 7,7 ± 0,5 ölçtü ve perkloratı keşfetti. Perklorat tiroidin iyot almasını engelleyebiliyor, bitkilerde de birikebiliyor.
• Wageningen Üniversitesi'nin deneylerinde Mars benzetim toprağında bitkiler çimlenip büyüdü. Organik madde eklenince on üründen dokuzu hasat verdi.
• CIP ile NASA'nın Peru çölü toprağında yürüttüğü patates deneyi 2017'de olumlu ilk sonuçlar bildirdi, ama bu bir laboratuvar benzetimiydi.
• Gerçek bir Mars tarlası, perkloratı arındırılmış topraklı, basınçlı ve ısıtılan bir serada kurulmak zorunda.