Dissident GardensDissident Gardens

Wieger Wamelink is ecoloog bij Wageningen University & Research (WUR). Hij doet onder meer onderzoek naar het ontwikkelen van een ecosysteem op Mars. Ten behoeve daarvan heeft hij experimenten gedaan met aardwormen en het kweken van voedselgewassen in gesimuleerde Mars-zand. Klaas Kuitenbrouwer en Robin Bergman spraken hem over zijn onderzoek op 31 maart 2017 op Universiteit Wageningen.

WW: Toen ik mijn experimenten bedacht om te testen hoe wormen en planten het zouden doen in Mars Simulant, bleek tot mijn verbazing dat niemand dit nog geprobeerd had. Er waren wel anekdotes over een NASA stagiair die experimenten had gedaan, waar ik een foto van heb gevonden. Maar de conclusie leek toen te zijn: 'het werkt niet'. Daar is ook geen wetenschappelijke publicatie aan gewijd. Er is overigens wel onderzoek gedaan naar bacteriën, maar weer niet in de bodems die wij gebruiken.

Met behulp van gegevens die zijn verzameld door de Viking Landers en de Curiosity Rover is gezocht naar grond op aarde die zo goed mogelijk lijkt op wat je op Mars vindt. Ik werk met Maanbodem Simulant van Arizona en Marsbodem Simulant van een vulkaan op Hawaii die beide door de NASA worden ontwikkeld. Nu is er net een nieuwe generatie Mars Simulant die nog beter lijkt. Die wordt gedolven in de Mojave woestijn, dan gezuiverd en door een heel grote wals tot de correcte korrelgrootte gemalen. Daar gaan we nu mee werken. NASA heeft hier een flink aantal kubieke meters van geproduceerd en de verkoop aan andere bedrijfjes overgelaten. Je kunt het via internet bestellen.

Mij lijkt het overigens verstandiger om eerst een kolonie op de maan te ontwikkelen, als Mars Analoog, daar te oefenen en dan pas naar Mars te gaan. ESA heeft ook hier gevorderde plannen voor, maar daar hoor je gek genoeg nog weinig over. Mogelijk omdat we al op de maan zijn geweest: het is minder sexy. Tom Dueck, ook van WUR, is betrokken bij het Mars Analogue Research dat op de Zuidpool plaatsvindt. Zij zijn bezig een container te ontwikkelen die wordt gebouwd in Duitsland en dit jaar nog naar de Zuidpool gaat om de mensen daar van vers voedsel te voorzien. Het is een compleet gesloten systeem dat werkt met hydrocultuur: alleen planten en water met een voedingsoplossing. Dat kan puur chemisch. Die container zou je in principe in een ruimteschip kunnen schuiven.

Maar wat je eigenlijk nodig hebt is een nieuw ecosysteem. Vanaf 2030 zullen vermoedelijk de eerste mensen op Mars zijn en die gaan er niet voor een paar dagen heen. Op de kortste afstand tussen aarde en Mars duurt de reis een half jaar; tegen de tijd dat ze zijn aangekomen staat de aarde alweer een heel eind verder en duurt de terugweg een stuk langer. Langere vluchten zijn een stuk gevaarlijker vanwege groter risico op zonnevlammen - die geven harde straling af. Je kunt dan beter op Mars blijven en met de terugreis wachten tot het moment dat aarde en Mars weer dichter bij elkaar staan. Voor de eerste missie zal zoveel mogelijk voedsel worden meegenomen. Maar er zal ook snel geprobeerd worden om eigen voedsel te verbouwen. Daarvoor is een zelfstandig werkend ecosysteem de beste oplossing.

Op het oppervlak van Mars kun je niets kweken, in tegenstelling tot de geluiden die te horen zijn rondom het NASA-experiment in Peru. Ze hebben daar een prachtige opstelling op 6.000 meter hoogte waar ze aardappels kweken, maar dat is nog totaal iets anders dan Mars. Mars moet je vergelijken met 30.000 meter hoogte qua luchtdruk. En dan is er nog de straling, de perchloraten en de kou. Wij gaan ervan uit dat we in een dome twee meter onder de grond gaan zitten. We proberen daar een ecosysteem op te bouwen dat zoveel mogelijk gebruikt wat daar aanwezig is.

Daarvoor moet de bodem eerst verrijkt worden, want daar zit nu geen organisch materiaal in. Stikstof mist ook grotendeels. Er is wel wat nitraat en ammoniak wat planten nodig hebben om te groeien. In de dome zal een aardse atmosfeer met aardse luchtdruk heersen. Daar groeien planten goed in. De eerste oogst zal bestaan uit leguminosen: klavers, die stikstof uit de lucht binden. Die oogst zal vooral worden gebruikt om de bodem te verrijken. Groenbemesting, zoals boeren dat hier ook doen. Daar heb ik wormen maar ook bacterieën bij nodig, om de bodem te creëren. Want wat er nu is, is geen levende bodem maar dood zand.

Voor een ecosysteem is nodig dat het organisch materiaal weer geheel in het systeem terecht komt. Het is niet erg als water of zuurstof een beetje weglekt. IJs is er zat, dus water is geen probleem.

Zuurstof kunnen we altijd weer maken. Maar stikstof mag niet verloren gaan! Dat gaat terug in het systeem met behulp van wormen en bacteriën. Wormen eten plantenresten en bacteriën breken de resten verder op zodat je weer nitraten, fosfaat, PO4, kalium, magnesium en calcium krijgt.

Ook alle ontlasting moet terug in het systeem. Dit moet je dan wel eerst steriliseren: op Mars is een tijdje buitenleggen voldoende.

De meeste planten moeten bevrucht worden. Wij hebben dat met de hand geprobeerd met een kwastje, maar dat is erg veel werk en mensen kunnen dat slecht. In het eerste stadium is het gelukt om bij de tuinkers en herik vruchten te krijgen. Maar bij bijvoorbeeld rogge is ons dat niet gelukt.

We hebben dus zoiets als bijen nodig, maar die gaan dood in kassen. Wij kijken nu naar hommels. Hommels maken alleen weer geen honing; dat is een voordeel aan bijen, dat ze ook iets zoets opleveren. Maar hommels doen het prima in kassen. Een ander voordeel is dat ze in winterslaap gaan. Als je een bijenvolk wil meenemen naar Mars moet je ze in de zes maanden dat je onderweg bent onderhouden. Bijen vliegen ook 's winters en hebben vocht nodig en dergelijke. Een hommel kun je gewoon in winterslaap houden tot er gewassen zijn die ze kunnen bevruchten.

Voor aardappels zijn geen bestuivers nodig, die kunnen gewoon met knollen toe. Aardappels zijn ook nog steeds een van de meest efficiënte voedingsgewassen die we hebben: het opper superfood. Ze geven een heel hoge opbrengst. Wij hebben vorig jaar aardappels geteeld in Mars bodem. Na twee maanden waren de aardappels goed. Dat is zes oogsten per Aardjaar.

Verder moeten er kippen mee naar Mars, zeg ik. Kippen eten alles, ook wormen en groen materiaal, en kippenpoep is weer prima mest, stikstofrijk. Daarnaast kun je de eieren eten. Tot nu toe gaan we ervan uit dat iedereen die daar Mars gaat vegetariër moet zijn. Met kippen die eieren leggen is dat makkelijker. Je kunt de kippen zelf ook eten, maar dat hoeft niet. Als de kip dood is moet het sowieso terug in het systeem. Kippen zetten de helft van wat ze eten om in eiwitten. Vissen zijn nog beter, en die kunnen ook een rol spelen in de waterzuivering. Een belangrijk aspect dat meespeelt is dat kippen tamme gezelschapsdieren zijn, ze komen op schoot zitten. Dat is psychologisch ook heel belangrijk.

Ik denk dat dit het kleinst mogelijke ecosysteem is dat we kunnen bouwen. Dat is dus iets heel anders dan werken met hydroponics of aquaponics.

KK: Veel onderzoekers zeggen: laat ons nou eerst Mars in zijn onaangeraakte staat onderzoeken, en laten we er dan pas doelbewust aards leven gaan uitzetten. We moeten voorkomen dat we het mogelijk eerste buitenaardse leven dat we vinden direct om zeep helpen. Spelen dat soort overwegingen een rol in jouw werk?

WW: De vorm van mijn onderzoek wordt er niet door bepaald, maar dit soort overwegingen vind ik wel erg belangrijk. Ik krijg ook mails van mensen die zeggen dat we überhaupt niet naar Mars moeten gaan, want we verkloten de aarde al, zeggen ze. Moeten we dat op die andere planeet nu ook nog gaan doen?

De COSPAR regels voor planetaire protectie geven richtlijnen voor hoe steriel apparatuur moet zijn om naar Mars te mogen. Maar het is vrijwel onmogelijk iets naar Mars te sturen zonder dat er enig organisch materiaal meekomt. De eerste Viking Lander die in 1976 op Mars landde, werd helemaal ge-hitte-steriliseerd.

Hij ging op zoek naar organisch materiaal, want dat zou mogelijk een teken zijn van eerder bestaand leven. De eerste analyse was gelijk raak. Maar die hebben ze nooit meer kunnen herhalen, bleek toch vervuiling te zijn geweest. Organisch materiaal is overigens nog niet hetzelfde als_ levend_ organisch materiaal.

We weten dat sommige bacteriën meer dan een jaar op de buitenkant van de ISS kunnen overleven. Korstmossen kunnen dat ook. Raderdiertjes kunnen het ook. Orchideezaden komen in de stratosfeer terecht - het buitenste laagje van de dampkring. Eigenlijk moet je de aarde zien als een grote vuile bal die allerlei leven met zich meesleept, en waar af en toe ook leven van losraakt, dat ergens landt. Heeft dat het overleefd ja of nee? Het zou me niets verbazen als er af en toe eens een bacterie op de maan terecht is gekomen. Het is niet helemaal duidelijk of bacteriën de reis naar Mars kunnen overleven.

We weten ook niet zeker, als we daar heen gaan en we eigen leven meebrengen, of dat dan in staat is om het eventuele leven daar te verdringen. Ik doe op aarde onderzoek naar invasieve soorten. Als je goed kijkt in ecosystemen die niet aangetast zijn, krijgen invasieve soorten nauwelijks een kans. Omdat ze zich dan in moeten wringen in een systeem dat helemaal aan de plaatselijke omstandigheden is aangepast. Maar zodra mensen gaan rommelen en er gaten ontstaan, krijg nieuwe soorten een kans. Zoiets zou natuurlijk op Mars ook kunnen gebeuren, daar wordt over nagedacht.

Voor mij geldt dat als we ontdekken dat er nu nog leven op Mars bestaat, dat ik me dan wel tien keer zou bedenken voor ik daar iets heen zou sturen. Dat zou ook enorme filosofische implicaties hebben, als daar zelfstandig leven is ontstaan, anders dan en onafhankelijk van het leven op aarde.

En als je daar dan toch heen gaat moet je er heel goed over nadenken over hoe dat gebeurt. In theorie zou je geheel afgesloten van de buitenwereld kunnen leven. Maar de kans bestaat altijd dat er toch iets ontsnapt. Met planten zou dit overigens geen enkel probleem opleveren. Die zijn totaal kansloos op Mars. Er is geen lucht, en wat er is, is ook nog van een foute samenstelling: vooral C02 en bijna geen zuurstof. Het is er meestal min 60 graden Celsius meestal. Er is harde straling en dan heb je het zout nog. Het is er veel minder leuk dan op de Zuidpool.

Als we echt leven vinden hoop ik dat we het zo kunnen doen dat we dat niet verstoren. Maar als we alleen sporen van vroeger leven vinden, geldt voor mij: goed onderzoeken maar verder gewoon aan de slag.

KK: In hoeverre spelen de private organisaties die zich inmiddels intensief met de ruimtevaart bemoeien een rol in je onderzoek? Qua agenda? Qua financiën? Qua samenwerking?

WW: Financieel spelen ze daar helaas geen rol in. Daarom doe ik veel via crowdfunding: dat ging bij de wormen ook heel goed. Maar ik wilde graag dat ze al iets verder waren, in hun gedachten en in hun financiën, want daar zouden ze mijn onderzoek mee kunnen sponsoren. Ik ben adviseur van Mars One, maar dat levert me financieel gezien niets op. Mars One ondersteunt mij wel. Ik lever hen kennis. Mijn kennis is overigens beschikbaar voor iedereen, ook voor NASA. Mijn onderzoek heeft ook bijgedragen aan een National Geographic documentaire over de eerste menselijke missie naar Mars bijvoorbeeld. Mars One ondersteunt me publicitair. Alles wat ik doe brengen zij ook naar buiten en zij hebben een heel groot netwerk waar ik van profiteer. Ze sturen journalisten op me af, en veel van mijn crowdfunding supporters zijn ook supporters van Mars One. NASA ondersteunt me ook in naam, maar sturen me bijvoorbeeld helaas niet 100 kg van de nieuwe generatie Mars Simulant. ESA ook niet trouwens, en die hebben een hele Mars Yard vol, zeker duizend kilo van dit spul. Dat gebruiken ze om hun robotrovers te testen. Ze gebruiken ook grotere brokken van het zogenaamde regoliet.

Ik heb een 10 jaar programma. Als ik 5 miljoen euro heb, dan heb ik alle problemen opgelost.

SpaceX van Elon Musk doet erg goed werk in de hardware, maar dan is er natuurlijk nog een stap te maken. Daarvoor moeten we toch echt meer bij NASA en ESA zijn. China gaat waarschijnlijk naar de maan, ik denk dat ze daar over 10 jaar zitten. De samenwerking tussen NASA, ESA, JAXA en Roscosmos is zo hecht dat ze alles zonder enige moeite uitwisselen. Dat is echt een cultuur van internationale samenwerking. Maar van de Chinezen weten we een stuk minder. Ook de Emiraten zijn aan een Mars-avontuur begonnen: Dubai gaat een Mars City in de woestijn bouwen. Ze willen over 100 jaar een stad op Mars hebben gebouwd.

De commerciële partijen zijn nu de volgende logische stap. Als ruimtevaart alleen van overheden blijft, gaat het niet gebeuren dat we op korte termijn met veel mensen op Mars of dat soort objecten gaan zitten. De private partijen zijn nu heel belangrijk als aanjager: er is commerciële competitie. Dat is dus anders dan in de jaren zestig, toen ging het alleen om geopolitiek.

Ik acht het niet onmogelijk dat het de private partijen echt gaat lukken. Dan gaan de VN verdragen over planetaire protectie ineens iets heel anders betekenen. Wie gaan die regels afdwingen? Ik denk dat er vanuit de private partijen druk op de VN regels zal komen om ze aan te passen, om private activiteit op de Mars mogelijk te maken. De COSPAR planetaire protectie regels kunnen in de praktijk niet gehandhaafd worden als private bedrijven er het eerste zijn. Ik ben niet zo optimistisch als het daar om gaat. We hebben een geschiedenis daarin, als mensheid.

Onze visie op Mars is erg veranderd in de tijd. Het idee dat er iets bewaard zou moeten blijven en dat we er steriel heen zouden moeten is pas van na de Tweede Wereldoorlog. Daarvoor gingen we er gewoon heen - zonder ruimtepak.

Echte terravorming op Mars kan overigens niet omdat er geen elektromagnetisch veld is. Zonder elektromagnetisch veld raakt een dampkring veel sterker geïoniseerd en verdwijnt hij in de ruimte. We zouden wel een atmosfeer kunnen creëren - er is genoeg ijs en CO2 - maar die kan niet worden vastgehouden. Dat is dweilen met de kraan open.

Maar voor alles waar we het nu over hebben qua menselijke bewoning op Mars hebben we geen nieuwe technologie nodig. Dat kan allemaal met wat we nu kunnen. Ik denk dat er vanaf 2030, 2040 permanent mensen op Mars zullen zijn. Die zullen wel weer terugkomen naar de aarde, maar vanaf dat moment zal daar altijd iemand zijn. Ik zie één basis die uitgebouwd wordt. Over honderd jaar vermoed ik een basis waar permanent zo'n vijftig tot honderd mensen aan het werk zijn, vooral wetenschappers. Denk aan zoiets als de Zuidpool nu. Dit vind ik het meest waarschijnlijke.

Als Musk op schema blijft, is het mogelijk dat we van zoiets als een groot dorp kunnen gaan spreken, van een paar duizend mensen. Het gaat dan nog steeds om één agglomeratie. Geen aparte dorpen van Emirati hier en Chinezen daar. Het is te moeilijk in je eentje, de krachten en kennis moet echt gebundeld worden. Daarom één stad, net zoals het ISS nu is. En ondanks alle gedoe op aarde werkt dat ISS dus nog steeds, zonder enig politiek probleem. Op Mars zie je al iets dergelijks: de 2020 missie van ESA gaat naar dezelfde vallei als die waar de Russen heengaan.

Op een zeker moment krijg je dus mensen die geboren zijn op Mars en die nooit meer naar de aarde terug kunnen zonder een loodzware training. Filosofisch is dat de echte grote stap. Ik acht de kans wel aanwezig dat dat over 100 jaar gebeurd is.

Sterven op een andere planeet hebben we ook nog niet gezien. Dat komt voor in de National Geographic serie over de missie naar Mars. Daar begraven ze iemand buiten. Als wetenschapper zou ik zeggen dat je dat niet moet doen. Sorry, maar je wordt gewoon gerecycled. Zeker in het begin zal dat moeten. Wetenschappers zullen hier wel aan willen, maar sociaal is dat best moeilijk. Dat zal heel dichtbij komen en emotionele impact hebben. Over 100 jaar is dat allemaal gebeurd. Dan is dat gedaan.

We hebben een projectvoorstel geschreven voor een land in het Midden-Oosten, dat veel woestijn heeft en veel oliegeld. Ze willen dat land gaan hergroenen. En wat wij hier geleerd hebben gaan we daar toepassen. Want het zand uit ons experiment blijft in feite gewoon woestijnzand. De omstandigheden van ons experiment lijken sterk op de omstandigheden in het land waar we dat voorstel voor hebben geschreven. Organisch materiaal is verdwenen, je hebt zouten die zich opstapelen, stikstof is verdwenen. De dingen die wij hier geleerd hebben, kunnen we daar toepassen.

Dat is een van de spin-offs. Ik ben eigenlijk bezig op een fundamentele manier opnieuw uit te vinden hoe je zo efficiënt mogelijk landbouw kan doen. Wat is het minimale ecosysteem dat nodig is voor een goed functionerend landbouwsysteem? We zien nu dat we problemen hebben in de landbouw. Mogelijk kan de opbrengst nog omhoog als we beter weten welke bacteriën we precies nodig hebben. Als we dat in dit experiment kunnen optimaliseren, kunnen we daar ook voor de Aarde wat van leren.