Wat hebben een regenworm, een tomaat, menselijke urine en de bodem van Mars met elkaar gemeen? Op het eerste gezicht misschien niet veel. Toch kwamen ze allemaal voorbij tijdens de presentatie van Wieger Wamelink, ecoloog en exobioloog van Wageningen University & Research (WUR), tijdens de TFI-Studiedag. Zijn onderzoek naar planten en bodemleven op de Maan en Mars levert niet alleen bijzondere inzichten op voor toekomstige ruimtemissies, maar laat vooral zien hoe belangrijk een levende bodem is – ook hier op Aarde.
Wamelink doet al jarenlang onderzoek naar de vraag of we voedsel kunnen verbouwen op andere planeten. Want als mensen ooit langere tijd op de Maan of Mars willen verblijven, zullen ze er ook hun eigen voedsel moeten kunnen produceren. Voedsel meenemen vanaf de Aarde is immers geen duurzame oplossing. Het onderzoek binnen het project B.A.S.E., Bioregenerative Astrofood & Sustenance Engineering, richt zich daarom op de vraag hoe je van een vrijwel levenloze bodem een vruchtbare groeiplaats maakt.
Een bodem die nog nooit leven heeft gekend
De omstandigheden op Mars zijn verre van ideaal. De planeet staat op 60 tot 380 miljoen kilometer van de Aarde, heeft ongeveer een derde van de aardse zwaartekracht, vrijwel geen atmosfeer en wordt blootgesteld aan kosmische straling. De bodem bestaat uit zogenoemde regolith: mineraal materiaal waarin planten niet zomaar kunnen groeien. De presentatie liet bovendien zien dat maanbodem uit zeer scherpe deeltjes bestaat.
Toch blijkt uit de experimenten van Wamelink dat er verrassend veel mogelijk is. In een van de eerste grote experimenten werden 14 verschillende plantensoorten geteeld in Mars- en maansimulanten. Het ging om landbouwgewassen, stikstofbindende planten en wilde planten. In totaal stonden er maar liefst 840 potten in de kas. Er werd gewerkt met aardse lucht en zwaartekracht, maar zonder kunstmest toe te voegen.
De resultaten waren opvallend. Zaden konden ontkiemen en verschillende planten bleken in de simulanten te kunnen groeien. Er verschenen onder meer radijsjes op maansimulant en zelfs rode tomaten op Marsbodem.
Dat betekent echter niet dat je simpelweg een zak Marsgrond kunt openmaken en er een tomatenplant in kunt zetten. De echte uitdaging is het ontwikkelen van een levende bodem.
Van mineraal materiaal naar levende bodem
Op Aarde is bodem veel meer dan alleen zand of mineralen. Een gezonde bodem vormt een complex ecosysteem waarin planten, bacteriën, schimmels en bodemfauna samenwerken. Precies dat systeem probeert Wamelink op Mars na te bouwen.
Een belangrijk onderdeel daarvan is organisch materiaal. In de experimenten werd bijvoorbeeld gras toegevoegd als bemesting. Dode plantenresten vormen immers een bron van voedingsstoffen, maar die voedingsstoffen moeten eerst worden vrijgemaakt.
Daar komen micro-organismen en bodemfauna in beeld. Zo besteedde Wamelink aandacht aan stikstofbindende bacteriën, mycorrhiza en regenwormen. Mycorrhizaschimmels kunnen in samenwerking met planten helpen bij de opname van voedingsstoffen.
Regenwormen breken organisch materiaal af, mengen dit met de bodem en dragen zo bij aan de ontwikkeling van een vruchtbare bodem.
De regenworm is daarmee misschien wel het meest verrassende onderdeel van het Mars-experiment. Want waarom zou je een worm meenemen naar Mars? Omdat een worm onderdeel is van een groter ecosysteem. Hij verwerkt organisch materiaal, maakt het beschikbaar voor andere organismen en helpt tegelijkertijd de bodemstructuur te verbeteren. Onderzoek liet bovendien zien dat regenwormen zich daadwerkelijk kunnen voortplanten in Marsbodemsimulant.
Beeld uit film van Wim van Egmond. Rechts toont actieve regenwormen in potgrond die o.a. zorgen voor lucht in de bodem
Afval wordt grondstof
Een ander opvallend onderdeel van Wamelinks presentatie was de manier waarop wordt gekeken naar afvalstromen. In een gesloten ecosysteem bestaat afval eigenlijk niet: wat voor het ene organisme afval is, vormt een grondstof voor het andere.
Dat principe werd geïllustreerd met urine en menselijke ontlasting. Urine bevat onder andere stikstof, fosfor en kalium en kan na verwerking als meststof worden gebruikt. In de presentatie kwam bijvoorbeeld struviet, een fosfaatrijke meststof die uit urine kan worden teruggewonnen, aan bod. Ook behandeld effluent uit zwartwater werd gebruikt in experimenten.
Menselijke ontlasting kan eveneens onderdeel worden van zo’n circulair systeem, mits deze eerst wordt behandeld om gevaarlijke bacteriën uit te schakelen.
Het uiteindelijke doel is daarmee groter dan alleen groenten kweken. Het gaat om het ontwikkelen van een zelfvoorzienend ecosysteem, waarin plantenresten, menselijke afvalstromen, micro-organismen en bodemfauna elkaar aanvullen en voedingsstoffen zoveel mogelijk worden hergebruikt.
Wat kunnen we hiervan leren op Aarde?
En daar ligt de belangrijkste boodschap van Wamelinks verhaal. Het onderzoek gaat uiteindelijk misschien wel net zo veel over onze eigen planeet als over Mars.
Op Mars beginnen we met vrijwel niets: mineraal materiaal, weinig beschikbare voedingsstoffen en geen bestaand bodemleven. Om daar toch planten te laten groeien, moeten we heel precies kijken naar wat een bodem nodig heeft om te functioneren. Organische stof, voedingsstoffen, bacteriën, schimmels, wormen en planten worden niet als losse onderdelen gezien, maar als onderdelen van één samenhangend systeem.
Dat perspectief is ook relevant voor bodems op Aarde. We hebben hier weliswaar vruchtbare bodems, maar op veel plaatsen staan die onder druk door onder andere verdroging, verzilting, erosie en bodemverarming. De vraag hoe je vanuit een extreem arme uitgangssituatie opnieuw een functionerend ecosysteem opbouwt, wordt daardoor steeds relevanter. Ook de TFI-methode® vertrekt vanuit het principe dat een gezonde groeiplaats méér is dan alleen voedingsstoffen toevoegen: het gaat om het creëren van omstandigheden waarin bodem en bodemleven hun werk kunnen doen.
De Marsbodem houdt ons daarmee een spiegel voor. Als we gedwongen worden om op een andere planeet iedere gram water en voedingsstof opnieuw te gebruiken en zorgvuldig een bodemecosysteem op te bouwen, ontdekken we opnieuw hoe efficiënt en circulair de natuur eigenlijk werkt.
Mars als inspiratie voor een vitale bodem
Wamelinks presentatie maakte duidelijk dat de reis naar Mars niet alleen een technologisch avontuur is. Het is ook een experiment in ecologie. Hoe bouw je leven op waar het nog niet is? Hoe maak je van mineraal materiaal een groeiplaats? En hoe zorg je ervoor dat voedingsstoffen steeds opnieuw beschikbaar komen?
De antwoorden liggen verrassend dicht bij huis: planten, organische stof, micro-organismen, schimmels en wormen.
Of we daadwerkelijk ooit tomaten op Mars gaan oogsten, valt nog te bezien. Maar de kennis die nodig is om daar een levende bodem te creëren, kan ons op Aarde helpen om anders naar bodem te kijken. Niet als een dood substraat waarin je planten zet, maar als een dynamisch ecosysteem dat je kunt opbouwen, voeden en herstellen.
Misschien is dat wel de meest aardse les die Mars ons kan leren: wie een gezonde toekomst wil, moet beginnen bij een levende bodem.
De hele presentatie horen? Bekijk de YouTube film:
Over de spreker
Wieger Wamelink is senior onderzoeker aan Wageningen University & Research (WUR) en ontwerpt veerkrachtige ecosystemen van de Aarde tot Mars. Uit dit onderzoek kwam de spin-off B.A.S.E. (Bioregenerative Astrofood & Sustenance Engineering) voort, een initiatief van WUR dat zich richt op duurzame landbouw in extreme omstandigheden, waaronder de ruimte. Met B.A.S.E. wordt wetenschappelijke kennis omgezet in praktische toepassingen voor circulaire voedselproductie op aarde én daarbuiten.
