Noch ist die Menschheit weit davon entfernt, den Mars zu besiedeln. Und doch gibt es bereits Forschungsgruppen, die sich mit der Frage beschäftigen, wie künftige Marsastronautinnen und -astronauten ihr Gemüse vor Ort anbauen können – ganz ohne mitgebrachte Erde oder Nährstoffe. Ein Bremer Forschungsteam hat nun demonstriert, dass sich essbare Pflanzen ausschließlich mit Ressourcen des Roten Planeten kultivieren lassen. Die Grundlage dafür sind Cyanobakterien, auch bekannt als Blaualgen, die Marsstaub in Dünger verwandeln. Sie bringen gleich mehrere Eigenschaften mit, die sie für den Einsatz auf dem Roten Planeten besonders geeignet machen: Sie können Kohlendioxid aus der Marsatmosphäre binden, Sauerstoff produzieren und wichtige Nährstoffe direkt aus dem Marsboden extrahieren. Insbesondere der letzte Punkt macht den Ansatz attraktiv, da höhere Pflanzen allein nicht auf die Nährstoffe zugreifen können.

Die Wissenschaftler vom Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM), der Umweltverfahrenstechnik der Universität Bremen und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt berichten im »Chemical Engineering Journal« von ihren Ergebnissen. Für die Experimente wurden die Cyanobakterien zunächst auf einem Marsregolith-Simulans kultiviert, also einer künstlichen Nachbildung des realen Marsbodens. In einem nächsten Schritt zersetzte eine spezielle Mikrobengemeinschaft die Biomasse unter Sauerstoffausschluss zu einem nährstoffreichen Gärrest, der als Dünger dienen kann.

Dass dieser Ansatz grundsätzlich funktioniert, hatte das Team bereits in früheren Versuchen gezeigt. Nun optimierten die Forschenden den gesamten Produktionszyklus weiter und stellten fest, dass sich die Zersetzung der Cyanobakterien-Biomasse beschleunigen lässt, wenn diese auf etwa 35 Grad Celsius erhitzt wird. Zudem wurde deutlich, dass die Ammoniumausbeute (NH₄⁺) proportional mit der Menge der eingesetzten Biomasse steigt. Ammonium ist als Stickstoffquelle ein zentraler Bestandteil von Düngemitteln. Ein praktischer Nebeneffekt: Das bei der Vergärung frei werdende Methan lässt sich auffangen und so ein Teil der in der Biomasse gespeicherten chemischen Energie zurückgewinnen – ein wertvoller Vorteil im ressourcenbegrenzten Umfeld des Mars.

Den so erzeugten Dünger nutzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, um Wasserlinsen (Lemna sp.) anzubauen – eine extrem schnell wachsende, proteinreiche Wasserpflanze, die in Asien bereits als Nahrungsmittel dient. Auch in der EU ist sie als Lebensmittel zugelassen und gilt als Anwärterin für das nachhaltige Superfood der Zukunft. Das Ergebnis: Aus einem Gramm getrockneter Cyanobakterien gingen 27 Gramm frische, essbare Pflanzenmasse hervor. »Man kann sich das vorstellen wie einen Gemüsegarten auf dem Mars, der komplett mit lokalen Ressourcen betrieben wird – ohne mitgebrachte Erde, Dünger oder Wasser«, erklärt Tiago Ramalho von der Universität Bremen. Das System zeige jedoch nicht nur Potenzial für Raumfahrtmissionen, sondern auch für nachhaltige Ernährungssysteme auf der Erde, sind sich die Bremer sicher.

Ob es dann eines Tages tatsächlich auf dem Mars gelingt, Pflanzen zu züchten, konnte das Experiment jedoch nicht belegen.