Spätestens wenn der Mars besiedelt wird, muss der Großteil der Nahrung auch dort entstehen. Deshalb forschen Wissenschaftler seit Jahren an sogenannten Astroagrikulturen. Das ist ein schwieriges Forschungsfeld, denn nicht alle Parameter des Pflanzenwachstums lassen sich auf der Erde simulieren.

Eines ist aber klar: So einfach, wie es im Hollywood-Film „Der Marsianer“ mit Matt Damon lief, funktioniert es nicht – aber entfernt ähnlich. Im Film hatte Astronaut Mark Watney (Damon) Kartoffeln in den Marsboden gepflanzt, Bakterien aus einer irdischen Bodenprobe zugefügt und die Pflanzen mit seinem Kot gedüngt. Davon konnte er sich ernähren.

Experimente der niederländischen Universität von Wageningen hatten zuletzt gezeigt, dass eine Landwirtschaft auf dem Mars mit einfachen Gewächshäusern nicht funktionieren würde. Die Forschenden hatten Pflanzen in einem von der Nasa hergestellten Mars-Analogboden auf der Basis von hawaiianischem Vulkansand angezüchtet und dabei zunächst gute Ernteerfolge erzielt. Dann aber setzten sie die Pflanzen radioaktiver Strahlung aus, wie sie auf dem Mars herrscht. Das reduzierte das Wachstum der Biomasse um fast die Hälfte. Nun wird an unterirdischen Anbaustellen geforscht.

Auch ein Team aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Colorado State University in Fort Collins im US-Bundesstaat Colorado forscht seit einigen Jahren an Astroagrikulturen. In ihrer jüngsten Arbeit ging es ihnen darum, zu zeigen, wie eine mögliche Ernte optimiert werden könnte. Dabei ließe sie Probleme wie Strahlenbelastung und andere außer Acht und konzentrierten sich allein auf den Boden und seinen Nährstoffgehalt als Einflussfaktoren.

Nachdem aus früheren Studien, unter anderem der Experten aus Wageningen, bereits klar war, dass Pflanzen grundsätzlich im Marsregolith, also dem dortigen Boden, gedeihen könnten, suchten die US-Forschenden nach einem Weg, sie mit dem lebenswichtigen Nährstoff Stickstoff zu versorgen. Den fanden sie in Stickstoff-fixierenden Knöllchenbakterien der Gattung Sinorhizobium meliloti.

Solche Bakterien besiedeln auf der Erde die Wurzeln zahlreicher Pflanzenarten. Sie wurden zuerst an Klee nachgewiesen, finden sich aber auch an Wurzeln von Erbsen und Bohnen. Die Bakterien binden Stickstoff aus der Atmosphäre und stellen ihn dann in löslicher Form der Pflanze zur Verfügung. Die Pflanze revanchiert sich wiederum mit der Rückgabe von Stoffen, die das Bakterium zum Leben braucht.

Tatsächlich konnte das Team aus Colorado eine Verbesserung des Pflanzenwachstums im Regolith feststellen. Die Triebe der Pflanzen mit Wurzelbakterien waren 2,5 Mal länger als jene, denen keine Bakterien beigegeben worden waren. Und die Biomasse von Trieben und Wurzeln wuchs sogar auf mehr als das Doppelte an.

Es zeigte sich, dass die Bakterien auch im Marsboden eine Symbiose mit den Pflanzen eingehen. Andere Einschränkungen des Marsbodens führten jedoch dazu, dass die Zahl der gebildeten Wurzelknöllchen nur ein knappes Viertel der im Erdboden üblichen Menge betrug.

Entsprechend gelang es auch nicht, das Regolith über die einzelnen Pflanzen hinaus mit Stickstoff anzureichern. Das dürfte indes auch mit der geringen Stickstoffanreicherung der Marsatmosphäre zu tun haben. Während die irdische Atmosphäre 78 Prozent Stickstoffanteil hat, liegt dieser Wert auf dem Mars bei dünnen 1,2 Prozent.

Das Forscherteam, das die Ergebnisse ihrer Arbeit im Wissenschaftsjournal Plos One publiziert hat, ist dennoch zufrieden. Allein der Nachweis, dass Mikroben auch im Regolith symbiotische Verbindungen eingehen könnten, sei vielversprechend. Nun müssten weitere Studien angestellt werden. Immerhin wissen wir aus Untersuchungen der Marsrover, dass dem Regolith eine Vielzahl weiterer Mikronährstoffe fehlen, etwa Kupfer, Bor oder Molybdän.

Eine Alternative zu ihrer Arbeit sehen die Forscherinnen und Forscher nicht. Aufgrund der stetig wachsenden Umweltprobleme auf unserem Heimatplaneten müsse sich die Menschheit darauf einrichten, nicht mehr lange als „Ein-Planeten-Spezies“ überleben zu können. An einer funktionierenden außerirdischen Landwirtschaft führe daher auf lange Sicht kein Weg vorbei.