Vi khuẩn và nước tiểu phi hành gia có thể là chìa khóa xây dựng những ngôi nhà đầu tiên trên Sao Hỏa

Việc đưa con người lên Sao Hỏa không còn là viễn cảnh xa vời, nhưng một câu hỏi lớn vẫn đang thách thức các nhà khoa học: chúng ta sẽ xây dựng nơi trú ẩn trên hành tinh đỏ như thế nào? Trong một nghiên cứu mới được đăng tải trên tạp chí Frontiers in Microbiology, các nhà nghiên cứu đã trình bày một giải pháp đầy táo bạo: thay vì mang theo những khối gạch đá nặng nề từ Trái Đất, chúng ta chỉ cần mang theo vi khuẩn và tận dụng chính... nước tiểu của các phi hành gia.

Rào cản từ vật liệu truyền thống

Theo phân tích của nhóm nghiên cứu, việc vận chuyển các loại vật liệu xây dựng thông thường như bê tông lên Sao Hỏa là một nhiệm vụ bất khả thi. Các quy luật vật lý và chi phí kinh tế khổng lồ khiến việc phóng các vật liệu nặng xuyên qua không gian trở nên không tưởng với trình độ công nghệ hiện nay. Thêm vào đó, việc sản xuất xi măng Portland tiêu chuẩn ngay trên Sao Hỏa cũng gặp trở ngại lớn do lớp đất đá (regolith) tại đây tuy giàu silica và sắt nhưng lại thiếu hụt canxi oxit trầm trọng.

Trước bối cảnh đó, khái niệm "biên kết sinh học" (biocementation) đã nổi lên như một lối thoát đầy tiềm năng. Thay vì dựa vào các phản ứng hóa học công nghiệp, phương pháp này sử dụng một hệ sinh thái vi sinh vật tinh vi để kết dính lớp bụi Sao Hỏa rời rạc thành một cấu trúc vững chắc.

Sự cộng sinh kỳ diệu của vi sinh vật

Trọng tâm của công nghệ này là vi khuẩn Sporosarcina pasteurii, một loài có khả năng phân giải urê mạnh mẽ. Khi được cung cấp urê - một hợp chất dồi dào trong nước tiểu của phi hành gia - và canxi, vi khuẩn này sẽ kích hoạt phản ứng hóa học tạo ra canxi cacbonat. Chất này hoạt động như một loại xi măng tự nhiên, gắn kết các hạt bụi Sao Hỏa lại với nhau thành một khối cứng cáp.

Tuy nhiên, Sao Hỏa là một môi trường cực kỳ khắc nghiệt, thiếu oxy và dưỡng chất. Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đề xuất đưa thêm một đối tác cộng sinh: vi khuẩn lam Chroococcidiopsis. Đây là một sinh vật cực hạn có khả năng chống chịu bức xạ và sinh trưởng tốt trong môi trường sa mạc. Trong một lò phản ứng sinh học giả định, Chroococcidiopsis sẽ sử dụng ánh sáng mặt trời và khí CO2 để quang hợp, từ đó cung cấp oxy và đường cần thiết cho sự sống của các "thợ xây" Sporosarcina pasteurii.

Sự kết hợp này tạo nên một vòng tròn sinh học khép kín: phi hành gia cung cấp urê, vi khuẩn lam cung cấp sự sống, và vi khuẩn phân giải urê đảm nhiệm vai trò xây dựng.

Tương lai của robot in 3D và những thách thức

So với các phương pháp khác như thiêu kết nhiệt - vốn đòi hỏi năng lượng khổng lồ để làm nóng chảy bụi đất bằng laser - công nghệ biên kết sinh học được đánh giá là bền vững hơn nhiều. Các tính toán cho thấy phương pháp này tiêu thụ ít năng lượng hơn tới 10 lần, một ưu thế tuyệt đối trong môi trường khan hiếm tài nguyên như Sao Hỏa.

Viễn cảnh về các robot thám hiểm trang bị vòi phun đa trục, tự động trộn đất Sao Hỏa với dung dịch vi khuẩn để "in" các habitat theo từng lớp đang dần trở nên rõ nét. Tuy nhiên, các nhà khoa học cũng thừa nhận đây vẫn là một lý thuyết đang cần được kiểm chứng. Những thách thức từ nhiệt độ đóng băng, bức xạ vũ trụ và các chất perchlorate độc hại trên bề mặt Sao Hỏa vẫn là những ẩn số đối với khả năng sinh tồn và làm việc của vi khuẩn.

Mặc dù chưa có lò phản ứng sinh học thực tế nào được chế tạo, nhưng nghiên cứu này đã mở ra một hướng đi mới, hứa hẹn một cách thức xây dựng bền vững, hiệu quả bằng cách tận dụng tối đa nguồn lực tại chỗ để hiện thực hóa giấc mơ định cư trên hành tinh đỏ của nhân loại.