Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi ekibi, genetiği değiştirilmiş maya ve domuz jelatini kullanarak simüle edilmiş Mars toprağını 12 megapaskal basınç dayanımına sahip hafif ve gözenekli bir yapı malzemesine dönüştürdü.
Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi bünyesinde çalışmalarını sürdüren araştırmacılar, Mars yüzeyindeki insan yerleşimleri için genetiği değiştirilmiş maya ve jelatin kullanarak biyolojik bazlı yeni bir beton türü geliştirdi. Sonuçları Chem Circularity dergisinde yayımlanan araştırmada, çevre mühendisi Ning Liu liderliğindeki ekip, Dünya'dan inşaat malzemesi taşıma zorunluluğunu azaltmak amacıyla Mars toprağını laboratuvar ortamında işlenebilir bir yapı malzemesine dönüştürdü. Geleneksel Portland çimentosunun yerine domuz jelatini ile biyolojik olarak modifiye edilmiş Saccharomyces cerevisiae türü mayayı yerleştiren araştırmacılar, kum ve parçalanmış kaya agregalarını bir arada tutan hafif ve gözenekli bir kompozit üretti.
Üretim sürecinde kullanılan maya hücrelerinin genomunda iki temel genetik değişiklik yapıldı. Değişikliklerden ilki hücrelerin birbirine daha kuvvetli tutunmasını sağlarken, ikincisi midyelerin kayalara yapışmasını mümkün kılan özel yapışkan proteinlerin sentezlenmesini sağladı. Hazırlanan biyolojik harç, Mars yüzeyindeki zorlu ortamı canlandıran eksi 55 santigrat derece sıcaklık ve sıfıra yakın atmosfer basıncı altında hem üç boyutlu yazıcılarla basıldı hem de kalıplara döküldü. Yaklaşık 48 saat süren sertleşme evresinde karışımın içindeki su donarak doğrudan gaz haline geçti ve geride maya proteinleriyle birbirine kenetlenen hafif bir iskelet bıraktı. Yapılan mekanik ölçümlerde 4,5 santimetre yüksekliğindeki test kubbelerinin yaklaşık 12 megapaskal basınç ve 6 megapaskal bükülme dayanımına ulaştığı belirlendi. Araştırmanın kıdemli yazarı Jishen Qiu, bu dayanıklılığın Dünya'da bir veya iki katlı binaları taşıyabildiğini, yerçekiminin Dünya'nın yaklaşık üçte biri olduğu Mars'ta ise çok katlı yapılara olanak tanıyacağını açıkladı.
Kızıl Gezegen'de üs kurmaya yönelik mevcut mühendislik projelerinin büyük bölümü, yüzeydeki regoliti yüksek sıcaklıklarda eriterek tuğla veya kiriş haline getirmeyi hedefliyor. Ancak regolit eritme sistemleri hem devasa enerji santralleri hem de roketlerle taşınması son derece güç olan ağır sanayi fırınları gerektiriyor. Liu ve ekibinin hesaplamalarına göre maya ve jelatin temelli yöntem, eritme usulüyle çalışan geleneksel tekniklere kıyasla yaklaşık 10 kat daha az enerji tüketiyor. Sistemin bir diğer operasyonel avantajını ise biyolojik malzemenin yenilenebilirliği oluşturuyor. Dünya'dan fırlatılacak başlangıç maya kültürü Mars'taki biyoreaktörlerde çoğaltılabiliyor ve kullanım ömrünü tamamlayan yapılar kırılarak yeni inşaatlarda yeniden değerlendirilebiliyor.
Geliştirilen malzemenin mekanik başarısına karşın, araştırmacılar bu biyolojik betonun astronotlar için tek başına koruyucu bir yaşam alanı sunamayacağını vurguluyor. Mars'ın küresel manyetik alanının bulunmaması ve atmosferinin son derece ince olması, yüzeyi yoğun kozmik radyasyona ve ölümcül morötesi ışınlara maruz bırakıyor. Biyobeton kubbe, mekanik yükü taşısa bile içeride solunabilir hava basıncını koruyacak gaz sızdırmazlığına ve radyasyon kalkanına tek başına sahip değil. Bu nedenle tasarlanan Mars habitatlarının; iç kısımda şişirilebilir basınç modülleri, orta katmanda su dolu radyasyon zırhları ve en dışta mayayla güçlendirilmiş regolit kabuktan oluşan çok katmanlı bir mühendislik mimarisiyle inşa edilmesi planlanıyor.
Projenin aşması gereken bir diğer kritik eşik ise gezegensel koruma protokolleri ve aşırı çevre koşullarına biyolojik direnç olarak öne çıkıyor. Dondurucu soğuk ve radyasyon, mayanın yüzeydeki hayatta kalma süresini kısıtlarken, bu koşullara dayanacak şekilde yeniden tasarlanacak mikroorganizmaların Mars'ı biyolojik olarak kirletme riski bulunuyor. Uluslararası uzay hukuku kuralları gereği Dünya kökenli canlıların başka bir gök cisminde kontrolsüz çoğalmasını önleyecek tecrit mekanizmaları geliştirilmeden yöntemin sahaya indirilmesi mümkün görünmüyor. Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi ekibi, bir sonraki aşamada malzemenin ısıl yalıtım kapasitesini, uzun dönemli aşınma payını ve büyük ölçekli modüllerin üretim dinamiklerini incelemeyi hedefliyor.
Neden önemli?Yöntem, Mars toprağını yüksek ısıyla eritmeye dayalı geleneksel inşaat planlarına kıyasla yaklaşık 10 kat daha az enerji gerektiriyor ve mayanın biyoreaktörlerde yeniden çoğaltılabilmesi sayesinde gezegen dışı lojistik maliyetini düşürüyor.
Şu ana kadar bildiklerimiz
- Saccharomyces cerevisiae türü mayanın genleri hücre yapışmasını ve midye tutunma proteinlerini üretecek şekilde değiştirilerek kum ve kaya parçalarıyla birleştirildi.
- Eksi 55 santigrat derece ve düşük basınçta 48 saat sertleşen malzeme, 12 megapaskal basınç ve 6 megapaskal bükülme dayanımına ulaştı.
- Mars toprağını eritmeye kıyasla yaklaşık 10 kat daha az enerji harcayan yöntem, tek başına radyasyon ve hava sızdırmazlığı sağlamadığı için katmanlı modüllerle birlikte kullanılmayı gerektiriyor.
Cevabı beklenen sorular
- Genetiği değiştirilmiş mayanın Mars yüzeyindeki şiddetli kozmik radyasyon ve sert soğuk koşullarında uzun vadede canlılığını koruyup koruyamayacağı henüz bilinmiyor.
- Dünya kökenli mikroorganizmaların Mars ortamına taşınmasının gezegensel biyolojik kirlilik kurallarına nasıl uyarlanacağı ve nasıl sınırlandırılacağı araştırılıyor.
Kaynaklar ve belgeler
Bu haberde kullanılan belgelere aşağıdaki bağlantılardan ulaşabilirsiniz.
