Justyna Barys – biotechnolog, która podtrzymuje nasze nadzieje na założenie bazy na Księżycu i Marsie

2

Jeśli myślisz, że aby „robić coś związanego z kosmosem” trzeba być astronomem, inżynierem od rakiet lub astronautą to się bardzo mylisz. Im bardziej jako ludzi planujemy żyć w kosmosie, tym więcej dziedzin życia, wiedzy i nauki porusza kosmiczne tematy. Może się więc stać tak, że dziedzina, którą się zajmujesz nagle znajdzie punkty styczne z kosmosem. Tak się właśnie stało z Justyną Barys i biotechnologią. W pewnym momencie jej życia i kariery naukowej nastąpił kontakt z kosmosem i wielce obiecującym projektem, który ma szansę bardzo mocno przyczynić się do założenia stałej bazy na Marsie.

Może to Elon Musk i SpaceX zawiozą nas na Czerwoną Planetę, ale to naukowcy tacy jak Justyna Barys pomogą nam tam przetrwać przez dłuższy okres czasu. Nie ma sensu lecieć na Marsa tylko po to, aby wywiesić tam flagę i zostawić ślady pierwszych kroków. Jest sens lecieć tam, aby założyć stałą bazę. Aby była ona możliwa potrzebny jest zamknięty system podtrzymywania życia, który poradzi sobie przez długi czas bez dostaw z Ziemi. Nad takim systemem pracuje Europejska Agencja Kosmiczna, w swoją małą cząstkę dokłada Justyna Barys. Rozmawiam z nią w ramach cyklu wywiadów Kosmiczny Ludzie.

Radek Grabarek: Co biotechnolog ma wspólnego z przyszłą bazą księżycową lub marsjańską?

Justyna Barys: Pewnie wiele osób myśli, że właściwie to niewiele, co nie jest prawdą. Jeżeli w przyszłości mamy plany założyć stałą bazę na Księżycu lub na Marsie, w której astronauci będą mogli egzystować to musimy im zapewnić warunki niezbędne do przeżycia, takie jak odpowiednia temperatura, ciśnienie, skład atmosfery, dostęp do tlenu, wody i pożywienia. Co więcej gospodarka odpadami i usunięcie dwutlenku węgla z atmosfery także będzie bardzo ważne. Obecnie na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ang. International Space Station – ISS) wszystkie te czynniki są zapewnione. Temperatura, ciśnienie i skład atmosfery są bardzo podobne do warunków panujących na Ziemi. Woda jest odzyskiwana z moczu i kondensatów, a tlen uzyskiwany jest poprzez elektrolizę wody. Woda i tlen w razie konieczności także dostarczane są z Ziemi. Pożywienie dla astronautów również wysyłanie jest w statkach z zaopatrzeniem. Wszystko działa perfekcyjnie!

To jednak nie wystarczy, jeżeli w przyszłości mamy zamiar założyć bazę na Marsie. Do odzyskiwania wody i tlenu możemy zastosować takie same technologie jak obecnie na ISS, ale jeżeli chodzi o jedzenie to musimy opracować metody uprawy roślin w kosmosie, gdyż wysyłanie jedzenia w statkach z zaopatrzeniem po pierwsze będzie bardzo kosztowne, a po drugie zaopatrzenie na Marsa możemy wysłać tylko raz na dwa lata, więc statek musiałby być bardzo duży (oczywiście zależy to od liczby astronautów zamieszkujących bazę marsjańską). Co więcej, na Marsie będziemy musieli nauczyć się także gospodarować odpadami jakie wytworzymy. Najlepszym rozwiązaniem byłoby przetworzenie ich, strawienie i ponowne wykorzystane. Do tego celu potrzebne są mikroorganizmy, które rozkładają złożone substancje organiczne do prostych substancji nieorganicznych, które mogą być wykorzystane przez rośliny do wzrostu. I właśnie do opracowania tego typu systemu potrzebny jest biotechnolog.

Jako biotechnolog pracujesz nad projektem MELiSSA, na czym on polega?

Projekt MELiSSA (Micro Ecological Life Support System Alternative) jest projektem bioregeneracyjnego systemu podtrzymywania życia w kosmosie. Odpowiada on za stworzenie systemu, w którym tlen, woda i pożywienie będą produkowane poprzez przetwarzanie odpadów organicznych i dwutlenku węgla. Działanie takiego systemu będzie opierało się na roślinach wyższych i mikroorganizmach. Rośliny wyższe będą stanowiły pożywienie, produkowały tlen i eliminowały dwutlenek węgla w procesie fotosyntezy, a także zapewniały rewitalizację wody. Mikroorganizmy będą odpowiedzialne za rozkładanie odpadów w prostsze związki chemiczne, które mogą być ponownie wykorzystane przez rośliny do wzrostu.

Jak doszłaś do tego miejsca w którym jesteś teraz? Nie była to taka prosta droga skoro w liceum byłaś w klasie o profilu humanistycznym i marzyłaś o dziennikarstwie…

Dokładnie. W życiu parę razy pozmieniała mi się wizja tego co chcę robić w przyszłości. Tak jak wspomniałeś w liceum uczyłam się w klasie humanistycznej. Jednak w drugiej klasie zdałam sobie sprawę, że te przedmioty które interesują mnie najbardziej to biologia i matematyka, więc biotechnologia była najlepszym rozwiązaniem. Teraz bardzo się cieszę z tamtej zmiany. Studiowałam na Politechnice Łódzkiej. Studia wspominam bardzo dobrze zarówno ze względu na niesamowitych ludzi jakich poznałam, a także przez to ilu ciekawych rzeczy się nauczyłam. Mimo wszystko podczas studiów przypomniały mi się moje dawne marzenia kariery dziennikarskiej, więc postanowiłam spróbować swoich sił w portalu biotechnologia.pl. To właśnie podczas współpracy z nim pierwszy raz miałam okazję uczestniczyć w konferencjach naukowych. Na jednej z takich konferencji znalazłam ofertę wykonania badań do pracy magisterskiej w Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk. Projekt dotyczył hodowli bakterii w układach mikrofluidycznych. W PANie pracowałam niecałe 2 lata. W tym czasie jeszcze bardziej pogłębiło się moje zainteresowanie nauką, a szczególnie mikrobiologią. Następnie szukałam ciekawej oferty pracy lub doktoratu, która dałaby mi możliwość dalszego rozwoju w kierunku, który mnie interesuje i znalazłam ofertę stażu w ESA (Europejskiej Agencji Kosmicznej) w projekcie MELiSSA. Muszę przyznać, że byłam bardzo podekscytowana tą ofertą pracy, jednak nie myślałam, że się dostanę.

A jednak się udało! Tak bardzo podobała mi się ta możliwość, ponieważ od zawsze interesowałam się astronomią i naukami o kosmosie. Bardzo duży wpływ na to miał mój tata, z którym od dziecka oglądałam programy dokumentalne o kosmosie i filmy science-fiction. Niemniej jednak było to tylko moje hobby… Nigdy nie pomyślałabym, że znajdę tak niesamowitą ofertę pracy łączącą moje zainteresowania z kierunkiem studiów.

Justyna Barys podczas pracy w ramach programu MELiSSA w ESTEC ESA – image © ESA

Czym Ty się dokładnie zajmujesz w projekcie MELISSA?

W projekcie MELiSSA zajmuję się obiegiem azotu. Tak jak na Ziemi, tak samo w przyszłym systemie bioregeneracyjnego podtrzymywania życia w kosmosie, będzie występował obieg pierwiastków takich jak węgiel, azot czy fosfor. Moim zadaniem jest opracowanie podsystemu, w którym mikroorganizmy będą przekształcały mocznik, który nie jest najlepszym źródłem azotu dla roślin w azotany, które stanowią dobry nawóz. W przyrodzie rozkład mocznika do azotanów jest zjawiskiem powszechnym. My chcemy zrozumieć jakie organizmy są za ten proces odpowiedzialne, jak możemy je wykorzystać w procesie przemysłowym oraz w jaki sposób możemy kontrolować reakcje przeprowadzane przez te mikroorganizmy. W celu kontroli procesu musimy wiedzieć z jakimi organizmami pracujemy, żeby móc przewidzieć przebieg reakcji. Właśnie takimi zagadnieniami zajmowałam się w ESA podczas mojego stażu, a teraz będę kontynuować moje badania podczas doktoratu na Uniwersytecie Autonomicznym w Barcelonie, w którym znajduje się główne laboratorium projektu.

Co z naukowego punktu widzenia jest najtrudniejsze do zrealizowania w całym projekcie MELISSA?

Skomplikowane jest dobranie mikroorganizmów do wstępnego trawienia odpadów organicznych takich jak odpady wytwarzane przez człowieka i niejadalne części roślin i zrozumienie ich działania. W przyrodzie proces ten prowadzony jest przez grupę wielu organizmów. Im więcej mikroorganizmów tym ciężej będzie zrozumieć i kontrolować procesy biologiczne.

Drugim zadaniem trudnym do realizacji będzie implementacja systemu w warunkach kosmicznych takich jak mikrograwitacja i promieniowanie kosmiczne.

Mówisz, że w przyrodzie rozkład mocznika jest powszechny, to dlaczego potrzeba tyle czasu, aby ten proces badać? Nie wiemy już na ten temat niemal wszystkiego? Podobnie z rozkładem odpadów organicznych. Wydaje się to być bardzo prostym procesem. Dlaczego tak nie jest?

Obecnie wiemy jak te procesy przebiegają, ale nie do końca rozumiemy jakie konkretnie mikroorganizmy są za to odpowiedzialne. W przypadku wielu procesów zachodzący w przyrodzie rozumiemy co się dzieje, ale nie rozumiemy dokładnie w jaki sposób. Musimy dokładnie je poznać pod względem biologicznym i chemicznym, żeby móc je później kontrolować. W przypadku wykorzystywania procesów biologicznym w kosmosie ich kontrola będzie bardzo ważna.

O co chodzi z podsystemami w projekcie MELISSA?

Projekt MELiSSA składa się z pięciu podsystemów (ang. compartment). Podsystem pierwszy odpowiedzialny jest za wstępne trawienie odpadów organicznych i niejadalnych części roślin. W podsystemie drugim organiczne formy węgla przekształcane są w formy nieorganiczne przez bakterie. Podsystem trzeci odpowiada za dostarczenie podsystemowi czwartemu azotanów będących źródłem azotu dla roślin i fotosyntetycznych bakterii. Podsystem czwarty składa się z dwóch mniejszych podsystemów: roślin i fotosyntetycznych bakterii (spirulina). Podsystem ten odpowiedzialny jest za produkcję tlenu, zapewnienie pożywienia dla astronautów oraz za recyrkulację wody. Ostatni podsystem to podsystem piąty na który składa się załoga ludzka, która wykorzystuje tlen, jedzenie i wodę oraz produkuje odpady organiczne i dwutlenek węgla. I w ten sposób obieg zamyka się.

Jak myślisz, kiedy będziemy mieć taki zamknięty biologiczny system podtrzymywania życia gotowy do wysłania na Marsa?

Ciężko stwierdzić. Na chwilę obecną wiele laboratoriów z kilku europejskich krajów we współpracy z ESA prowadzi badania nad projektem MELiSSA. Prace idą prężnie, lecz jak już wspomniałam, jest to dość skomplikowany system do opracowania. Nawet jeśli za kilka lat uda nam się osiągnąć zakładany cel to następnym krokiem będzie optymalizacja systemu do funkcjonowania w warunkach marsjańskich lub księżycowych.

Projekt MELISSA jest projektem rozwijanym i finansowanym przez Europejską Agencję Kosmiczną? Czy NASA prowadzą prace nad podobnym projektem?

NASA ma bardzo dobrze rozwinięte technologie jeśli chodzi o systemy podtrzymywania życia na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, takie jak odzyskiwanie wody oraz otrzymywanie tlenu w procesie elektrolizy wody. Jeżeli chodzi o zamknięty system bioregeneracyjnego podtrzymywania życia w kosmosie oparty na mikroorganizmach i roślinach wyższych, to tylko ESA prowadzi takie badania.

Abstrahując od Twojej pracy, co Cię najbardziej fascynuje w kosmosie?

Interesuje mnie wiele rzeczy związanych z kosmosem takich jak ciała niebieskie Układu Słonecznego, cykl życia gwiazd i galaktyk, poszukiwanie życia w kosmosie. Myślę, że ten ostatni aspekt fascynuje mnie najbardziej, z racji tego, że jestem mikrobiologiem. Jeśli pewnego dnia naukowcy potwierdzą istnienie choćby najpospolitszych form życia w kosmosie, będzie to największe dotychczasowe odkrycie w dziejach ludzkości.

Gdzie jest Twoim zdaniem największa szansa na znalezienia życia w Układzie Słonecznym? Wymień swoje top 3.

  1. Europa – księżyc Jowisza
  2. Mars
  3. Tytan – księżyc Saturna

A teraz kilka pytań, które zadaję je wszystkim Kosmicznym Ludziom

1. Jakie będzie najciekawsze wydarzenie nadchodzących 50 lat?
Myślę, że najciekawszym wydarzeniem nadchodzących 50 lat na pewno będzie misja na Marsa.

2. Jakie jest twoje największe kosmiczne marzenie? Ale te z tych do zrealizowania.
Największe kosmiczne marzenie… Doczekania realizacji projektu MELiSSA w kosmosie. System nad którym pracuję najpierw musi działać na Ziemi, a następnie zapewne kilka dobrych lat zajmie implementacja go w warunkach kosmicznych. Gdybym za 20-30 lat była świadkiem stworzenia habitatu na Księżycu lub na Marsie, w którym wykorzystywane by były technologie opracowane w projekcie MELiSSA to świadomość tego, że miałam w tym swój własny wkład byłaby niesamowita!!!

3. Ulubiony pojazd kosmiczny lub rakieta?
Szczere mówiąc to nie jestem specjalistą od rakiet i pojazdów kosmicznych. Zdaję sobie sprawę, że biotechnolog to trochę egzotyczna profesja jeśli chodzi o przemysł kosmiczny. W trakcie stażu w ESA poznałam co prawda podstawy przemysłu kosmicznego, ale ulubiony pojazd kosmiczny… taki który w przyszłości zabierze nas na Marsa ;)

4. Dlaczego warto wydawać mln $ na badania kosmiczne?
Ponieważ przyczyniają się one po pierwsze do zdobywania nowej wiedzy w obszarach w których jeszcze wiele jest do odkrycia. Po drugie – człowiek z natury jest odkrywcą, chce eksplorować nowe światy, a no to niestety potrzebne są ogromne fundusze. Co więcej, wiele badań kosmicznych znajduje zastosowania także w technologiach wykorzystywanych na Ziemi w naszym codziennym życiu.

5. Gdybyś nie miała technicznego wykształcenia ale chciała zaangażować się w badanie kosmosu, to co byś zrobiła?
Postarałabym się promować naukę o kosmosie i odkrycia z nią związane. Myślę, że takimi działaniami można zachęcić młode pokolenie do studiowania kierunków związanych z tą dziedziną, dzięki czemu oni w przyszłości będą mogli rozwijać przemysł kosmiczny. W sumie w taki sposób można osiągnąć nawet więcej, niż samemu kształcić się w kierunku inżynierii kosmicznej.

6. Ulubione miejsce w Układzie Słonecznym?
Europa – księżyc Jowisza. Jeśli istnieje życie w Układzie Słonecznym poza Ziemią to jest duże prawdopodobieństwo, że właśnie tam.

7. Ulubiony serial, film lub książka science fiction?
Zdecydowanie film „Kontakt” Roberta Zemeckisa, który został oparty na książce Carla Sagana o tym samym tytule. Pierwszy raz obejrzałam ten film jak miałam około ośmiu lat i „Kontakt” rozbudził moje zainteresowanie kosmosem i nauką ogólnie.

Dzięki wielkie za wywiad! Tak jak zwykle, jeśli po lekturze wywiadu nasuwają Ci się jakieś pytania do Justyny Barys, to zapraszam do zadawania ich w komentarzach.

  • Bardzo ciekawy wywiad! Przyjemnie się czytało. Poruszacie bardzo ciekawy temat. Dotrzeć to jedno, ale przeżyć to drugie. Czy przed lotem na Marsa nie rozważa się zbudowanie takiej bazy na księżycu w celach testowych?

    • Brutalna rzeczywistość wygląda tak: nie ma ŻADNYCH konkretnych planów budowania bazy na Księżycu i Marsie w tej chwili. Sa pewne propozycje i wizje (np. Europejska Agencja Kosmiczna proponuje stworzenie Księżycowej Wioski) ale to tyle. Nikt nie zaklepał budżetu na lot tam i budowanie bazy.

      ALE

      Są prowadzone różnego rodzaju badania nad technologiami, które mogłyby zostać wykorzystane w takiej przyszłej bazie – projekt MELiSSA jest tego doskonałym przykładem. W poprzednim wywiadzie z cyklu Kosmiczni Ludzie Matt Harasymczuk wspominał o tym:
      „To jest tak zwana faza feasability czyli sprawdzanie, czy to w ogóle jest wykonalne. Są robione proof of concept różnych technologii. Dla przykładu ESA chce wysłać rozszerzalne struktury (expandable, not inflatable) i dookoła nich chce budować igloo z regolitu księżycowego wykorzystując technologię druku 3D. I obecnie prowadzone są badania nad tym.”
      http://pl.weneedmore.space/matt-harasymczuk-wierze-ze-moge-zostac-astronauta-i-dzialam/

      ALE2
      Ale dużo się teraz zmienia i dzieje w temacie co robić po tym jak w 2024 ISS przejdzie na emeryturę i kiedy NASA będzie miała wreszcie porządną ciężką rakietę SLS. W połowie lat 20′ SpaceX będzie też miał swoją Big Fucking Rocket a Blue Origin rakietę New Glenn – te rakiety spokojnie mogłyby wysyłać duże ładunki na powierzchnię Księżyca i Marsa. Moim zdaniem będzie się coś w tej materii działo. Ale w tej chwili nie ma nic postanowionego konkretnie. Administracja Trumpa chce pokazać jak to Ameryka jest great again i dlatego raczej wybiorą Księżyc jako miejsce na rozwój, bo to można szybciej i taniej osiągnąć niż lot na Marsa. Ten temat w sumie to bardzo dobry pomysł na dłuższy wpis ;)

      Czy Księżyc to dobry poligon testowy do lotu i budowy bazy na Marsie? Zdania są bardzo podzielone… Księżyc nie ma atmosfery, Mars tak, inne jest ciążenie… Generalnie moim zdaniem nie. Ale z drugiej strony mamy mikroskopijne doświadczenie w operowaniu misjami załogowymi poza orbitą Ziemi, w warunkach, kiedy nie możemy liczyć na natychmiastowy powrót na Ziemię… Więc ten czynnik ludzki można bazą na Księżycu przetestować.