Micelio, funghi e cianobatteri nel futuro degli habitat marziani

Studio avanzato di bio habitat marziano. ©Redhouse Studio.

Immaginate un modulo abitativo su Marte che si gonfia con l’ossigeno prodotto da batteri e si irrigidisce grazie alla crescita di un fungo. Avremmo un sistema sicuro, economico, pratico, modulare e soprattutto vivente.

Il problema

Inviare sul Pianeta Rosso moduli abitativi metallici realizzati sulla Terra è molto costoso ed è il risultato di un compromesso tra la capacità del lanciatore, numero di lanci necessari, dimensioni dei moduli, numero di occupanti e durata massima della missione.
Realizzare strutture in situ utilizzando la regolite, allo stesso modo necessita di un’infrastruttura dedicata sul posto e di una rilevante fonte di energia, senza contare le scarse proprietà di coibentazione termica del prodotto finito e il fatto che sono necessari almeno 3 metri di spessore per proteggere l’equipaggio dalle radiazioni.

Un esempio ipotetico di classico habitat marziano. Credits: NASA.

La soluzione

Il micelio è l’apparato vegetativo sotterraneo che fruttifica producendo i classici funghi: un intreccio infinito di filamenti, detti ife, che si nutre di materiale organico e può essere fatto crescere su moltissimi substrati. La crescita dipende dalle condizioni di temperatura, umidità e nutrienti, il che rende possibile avviare, arrestare e riavviare il processo a piacimento.
I materiali fibrosi realizzati con micelio sono noti per le ottime proprietà coibentanti, ignifughe e non rilasciano vapori tossici. Sono flessibili e duttili durante la lavorazione; inoltre, a parità dimensionale la loro resistenza alla compressione è superiore a quella del legno e quella alla flessione è superiore a quella del cemento armato; infine, variando la pressione ambientale, è possibile aumentare o diminuire la densità dei materiali.

Ecco come potrebbero essere impiegati per realizzare un modulo abitativo su Marte. Una struttura gonfiabile multistrato, con già inclusi boccaporti, oblò, pareti divisorie, arredi, cablaggi, tubazioni e altro, viene portata sulla superficie marziana ripiegata per ridurne l’ingombro. Nella base del pacchetto, separati da membrane, sono predisposte ife dormienti di micelio fungino e cianobatteri.

Per avviare il processo un robot inizia a fornire acqua, anidride carbonica e calore (15–30 °C) ai cianobatteri. L’acqua viene ricavata dal permafrost sotterraneo, l’anidride carbonica direttamente dall’atmosfera marziana, di cui rappresenta il 95%, mentre il calore può essere prodotto in diversi modi. I cianobatteri vengono quindi risvegliati riprendendo il loro ciclo vitale e riproducendosi esponenzialmente, rilasciando come prodotto di scarto della fotosintesi l’ossigeno, che a poco a poco inizia il dispiegamento e rigonfiamento della struttura.

Quando la struttura è completamente formata, i cianobatteri sempre in aumento entrano in una seconda membrana dove è presente il micelio dormiente che viene risvegliato grazie all’umidità e alla temperatura. Il micelio, nutrendosi proprio dei cianobatteri ricchi di amidi, azoto e fosforo, è in grado di crescere anche oltre 6 millimetri all’ora e, in qualche settimana in assenza di microrganismi che lo degradano come sulla Terra, colonizza tutto lo spazio disponibile nella membrana dedicata. Raggiunta la rigidità stabilita della struttura, il processo può essere fermato togliendo o aumentando notevolmente l’apporto di calore, nutrimento o acqua, per essere riavviato in caso si renda necessaria un’autoriparazione o un ampliamento modulare.

Il valore aggiunto

Massa e peso: il progetto iniziale prevede una struttura finale di 200 m² di base, con volume pressurizzato di 600 m³, in cui possono vivere e lavorare comodamente più persone, con peso totale della struttura compresa degli organismi dormienti pari a 780 kg. A titolo comparativo lo studio fa riferimento al NASA Mars Design Reference Architecture 5.0 in cui, nello scenario standard viene utilizzato un modulo abitativo di 29 tonnellate, con volume pressurizzato di 154 m³ e in grado di ospitare 4 persone.

Protezione dalle radiazioni: a causa del fatto che Marte possiede un’atmosfera molto rarefatta e nessun campo magnetico, è stato calcolato che la dose di radiazioni incidente su un astronauta impegnato in una missione marziana, sia pari a 200 volte la dose assorbita sulla Terra. Il progetto prevede di riempire la membrana più esterna dell’habitat con acqua (l’idrogeno è un ottimo schermante contro le radiazioni) e di utilizzare micelio di specie fungine ricche di melanine (i pigmenti presenti in molti organi umani) e lipidi (il comune grasso ricco di idrogeno), che sono in grado di fungere da schermo contro le radiazioni. Inoltre, l’arricchimento del substrato con polvere di regolite consentirebbe al micelio di assorbirne il piombo contenuto, aumentando quindi le proprietà schermanti.

Rappresentazione dell’interno dell’habitat. ©Redhouse Studio.

Simbiosi batterica: arricchendo il micelio con particolari batteri, quale per esempio il Bacillus subtilis che sulla Terra ha diversi impieghi, è possibile instaurare una relazione mutualistica che favorisce tre funzioni: accelerare la crescita del micelio scambiando con esso enzimi e metaboliti; aumentare l’integrità strutturale attraverso la biomineralizzazione e la produzione di biopolimeri adesivo-collosi e di filamenti incrociati; fungere da sensori intelligenti segnalando, attraverso la colorazione o fluorescenza, eventuali divergenze di ossigeno, pressione, temperatura e stress meccanici.

Bioreattore: una volta completato l’irrigidimento della struttura, non tutto il micelio verrebbe arrestato, ma una parte potrebbe essere mantenuta attiva per svolgere dei processi secondari, sfruttando il sistema di circolazione delle membrane. Durante la fotosintesi i cianobatteri utilizzano CO₂ producendo ossigeno e idrogeno come prodotti di scarto. Entrambi i gas possono essere recuperati e stoccati; l’ossigeno naturalmente è vitale per l’equipaggio, mentre l’idrogeno potrebbe essere utilizzato come schermatura dalle radiazioni, per esempio all’interno delle superfici trasparenti delle finestre. Inoltre, utilizzando l’ossigeno e l’idrogeno in celle a combustibile, verrebbero prodotte elettricità e acqua. I cianobatteri possono essere anche utilizzati come alimento per l’equipaggio, come nel caso della Spirulina. Il bioreattore naturalmente sarebbe un ottimo sistema per lo smaltimento degli scarti umani e filtraggio e depurazione delle acque.

Protezione planetaria: il progetto è conforme alle linee guida del Comitato per la ricerca spaziale COSPAR per impedire la contaminazione di corpi celesti da materiale vivente terrestre. Infatti il progetto prevede di intervenire geneticamente sul micelio prima del lancio per impedirgli di sopravvivere in qualche modo all’ambiente marziano in caso di fuoriuscita dalla membrana dell’habitat, sia in forma di spore, ife o corpo fruttifero. La possibilità di poter interrompere la crescita del micelio in qualunque momento intervenendo sulla temperatura è un’ulteriore garanzia di protezione.

Prototipi di manufatti con micelio realizzati dal gruppo di studio. ©Stanford-Brown-RISD iGEM.

Altri utilizzi: lo stesso sistema a membrane può essere utilizzato per formare e irrigidire coperture e chassis dei veicoli di superficie (rover), alleggerendo quindi il peso al momento del lancio da Terra.

Utilizzi terrestri: alcuni settori industriali, come quello del packaging, coibentazioni e riempitivi, già si avvalgono dei vantaggi del micelio, ma, una volta sviluppata la tecnologia degli habitat, essa potrebbe rivoluzionare il settore delle costruzioni sul nostro pianeta. Questi habitat potrebbero essere utilizzati per esempio durante le grandi emergenze umanitarie, dove molte strutture di accoglienza devono essere realizzate in brevissimo tempo.

Il progetto, diretto dalla Dott.ssa Lynn J. Rothschild del NASA Ames Research Center di Mountain View in California, dal 2018 è finanziato dal programma NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) e recentemente è stato approvato per la fase 2 dello sviluppo. Il NIAC è un programma nato per finanziare idee visionarie che potrebbero trasformarsi in missioni vere e proprie, proponendo concetti nuovi, credibili e talmente avanzati da cambiare i paradigmi del settore aerospaziale.

Fonte: NASA, Redhouse Studio.

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Simone Montrasio

Appassionato di astronautica fin da bambino, gli studi e il lavoro mi hanno tenuto occupato nel settore chimico industriale fino al 2011 quando ho deciso di cambiare completamente vita e dedicarmi alla campagna. Collaboro felicemente con AstronautiNEWS dalla sua fondazione con una pausa sabbatica tra il 2011 e il 2013.