Micélio para Marte — Fungos Radiotróficos na Estação Espacial Internacional

O Problema do Escudo que Define o Design da Missão a Marte

Cada quilograma levantado do poço gravitacional da Terra custa cerca de mil a dois mil dólares em um veículo de lançamento comercial atual. Para uma missão tripulada a Marte, a massa do escudo contra radiação é um dos principais fatores de custo na arquitetura da missão. Astronautas em uma viagem de seis meses para fora, uma estadia na superfície marciana e um retorno de seis meses estão expostos a um ambiente de radiação de raios cósmicos galácticos e eventos de partículas solares que os materiais de escudo descartáveis atuais lidam de forma ineficiente. Alumínio e polietileno protegem razoavelmente bem em termos de massa, mas requerem muitas toneladas para trazer um habitat de espaço profundo para os limites de ocupação de longa duração.

Escudo Vivo, um material que chega como uma pequena massa de esporos ou cultura dormentes, e depois cresce em uma camada protetora espessa no destino, tem sido um conceito aspiracional no planejamento de missões por décadas. Até recentemente, os organismos candidatos eram ou muito lentos, muito frágeis ou biologicamente exigentes demais para serem considerados seriamente. Então, uma expedição de amostragem de 1991 dentro da zona de exclusão de Chernobyl mudou a avaliação.

Cladosporium sphaerospermum e a Descoberta da Radiotrofia

Um fungo preto, rico em melanina, Cladosporium sphaerospermum, foi identificado crescendo nas paredes internas do reator danificado da Unidade 4 de Chernobyl em ambientes onde a taxa de dose de radiação gama era centenas de vezes maior que o fundo. Mais impressionante, o fungo parecia estar crescendo em direção à fonte de radiação em vez de se afastar dela. Trabalhos de laboratório liderados por Ekaterina Dadachova e Arturo Casadevall no Albert Einstein College of Medicine durante o início dos anos 2000 estabeleceram que a melanina na parede celular do fungo estava realizando uma conversão redox análoga à fotossíntese, derivando energia metabólica utilizável da radiação ionizante. O comportamento foi chamado de radiotrofia. O mecanismo ainda é parcialmente debatido, mas o resultado empírico foi replicado.

Um material de escudo radiotrófico é interessante por duas razões. Ele absorve a energia contra a qual se protege em vez de simplesmente dispersá-la ou atenuá-la, o que altera o perfil de radiação secundária dentro do habitat. O organismo se replica a partir de um pequeno inóculo, então a massa do escudo chega ao destino como alguns gramas de cultura e cresce a partir do substrato localmente disponível.

O Experimento da ISS 2018-2019

No final de 2018, uma equipe de pesquisa liderada por Nils Averesch, então na Stanford, e Graham Shunk, um co-investigador de graduação, enviou uma cultura de Cladosporium sphaerospermum para a Estação Espacial Internacional em uma missão de reabastecimento de carga da SpaceX. O experimento, codinome Space MICRA, era pequeno pelos padrões de voo espacial. Uma placa de Petri dividida em dois compartimentos, um inoculado com o fungo e um estéril, foi monitorada com um detector de radiação pareado por trinta dias sob condições de radiação ambiente da ISS.

A previsão antes do voo era que a camada fúngica atenuaria de forma mensurável o fluxo de radiação que chegava ao detector atrás dela. Os dados pós-voo mostraram uma atenuação de cerca de dois por cento em uma camada de menos de dois milímetros. O pré-print de 2020 extrapolou linearmente, quase certamente uma simplificação excessiva, para uma camada de aproximadamente vinte e um centímetros fornecendo a mesma proteção que um metro de regolito marciano. Mesmo com uma projeção não linear mais conservadora, o resultado foi suficiente para justificar um acompanhamento.

O Trabalho de Acompanhamento e Conceitos de Escudo Híbrido

Trabalhos subsequentes se moveram em duas direções. A primeira é a caracterização melhorada do fungo de escudo. Estudos espectroscópicos e dosimétricos começaram a desvendar a contribuição do pigmento de melanina isoladamente da contribuição do organismo vivo e metabolizante. Resultados preliminares sugerem que o estado vivo importa. Uma abordagem de matar e extrair perde muito do benefício de absorção, o que tem implicações para o design do sistema de escudo e suporte à vida.

A segunda direção é a micotectura híbrida. Em vez de depender apenas do fungo, o trabalho atual de conceito emparelha uma fina camada externa radiotrófica com compósitos de regolito ligados a micélio estrutural. A Ecovative Design, uma empresa de Nova York que comercializou embalagens e isolamento ligados a micélio terrestre, colaborou com equipes financiadas pela NASA em estudos de ligação de simulantes de regolito marciano. Uma concessão do NASA Innovative Advanced Concepts para Lynn Rothschild no Ames Research Center, o programa Myco-architecture Off Planet, financiou uma investigação paralela sobre o uso de ligantes de micélio para crescer paredes de habitat a partir de regolito marciano na superfície, com espécies radiotróficas potencialmente integradas como uma camada superior.

Por que a Abordagem Ainda é Especulativa

O caminho de uma demonstração em uma placa de Petri de trinta dias para um habitat em Marte implantável é longo, e várias questões em aberto permanecem. A taxa de crescimento de fungos radiotróficos sob pressão atmosférica reduzida, baixa gravidade e composição de substrato relevante para Marte não está bem caracterizada. A viabilidade de longa duração da cultura sob o ambiente real de radiação do espaço profundo, que é qualitativamente diferente da radiação em órbita baixa da Terra, está em aberto. A necessidade de substrato metabólico, as fontes de carbono e nitrogênio que o fungo precisa para crescer sua camada protetora, deve ser trazida da Terra ou gerada a partir de recursos marcianos, ambos os quais adicionam complexidade ao sistema.

O caso econômico, no entanto, permanece convincente o suficiente para que o trabalho continue a atrair financiamento de concessões da NASA. Uma camada de escudo passivo que chega a Marte em um frasco pesando menos de um quilograma e se transforma em um elemento estrutural do habitat é o tipo de vitória assimétrica no orçamento de massa que os arquitetos de missão prestam atenção.

O que Observar a Seguir

As oportunidades de voo interessantes nos próximos anos são os experimentos dedicados à micotectura planejados para o programa de superfície lunar Artemis, que fornece um ambiente de estágio de menor custo para testar fungos de escudo contra radiação em algo mais próximo do perfil de radiação da superfície de Marte do que a ISS oferece. Um segundo fio é o surgimento gradual de jogadores comerciais de micotectura, Ecovative, MycoWorks, Biohm, cuja capacidade de produção terrestre torna o caminho do conceito de pesquisa para hardware pronto para voo significativamente mais barato do que teria sido uma década atrás.

Um habitat em Marte que cresce a partir do regolito e um quilograma de cultura permanece, por enquanto, um programa de pesquisa em vez de um plano de missão. A trajetória de dados desde 2018 estreitou significativamente a lacuna.