In onze zoektocht naar buitenaards leven sturen we raketten en robots naar andere hemellichamen. Ze komen echter van een planeet die barst van het leven: de aarde. Hoe voorkomen we dat levend materiaal van onze wereldbol andere hemellichamen besmet? “De mens is een wandelende verzameling micro-organismen.”
‘De aarde beschermend tegen het tuig uit de ruimte.’ Onder dat motto joegen geheim agenten Jay en Kay in de film Men in Black (1997) op een uit de hand gelopen buitenaardse kakkerlakkenplaag. Waar de sciencefictionfilm draaide om een geheime organisatie die de aarde beschermt tegen buitenaards gevaar, houden landen zich in de echte wereld ook bezig met het omgekeerde: hoe voorkomen we dat we met onze ruimtereizen onbedoeld aardbewoners achterlaten op andere hemellichamen?
Leven op Mars
De ExoMars-rover Rosalind Franklin, die de Europese ruimtevaartorganisatie ESA naar verwachting in 2028 lanceert, moet de vraag beantwoorden of er leven is geweest op Mars. De rode planeet heeft een dunne atmosfeer en onder het oppervlak ligt water opgeslagen in de vorm van ijs en ondergrondse meren. Aan het oppervlak is de omgeving vijandig voor leven, door uv- en ioniserende straling van de zon. “De rover gaat daarom kijken naar mogelijk leven onder het oppervlak, met een 2 meter lange boor”, legt Silvio Sinibaldi, officier planeetbescherming van de ESA, uit. “Ondergronds zou organisch materiaal beter bewaard blijven en is het beschut tegen de straling. Chemische energie is misschien al voldoende om microbieel leven te ondersteunen.” Micro-organismen leven dan zonder energie uit zonlicht, en halen hun energie uit mineralen in de Marsgrond.
Een testversie van de ExoMars-rover Rosalind Franklin manoeuvreert zich tussen stenen door op namaak-Marsgrond van ESTEC (European Space Research and Technology Centre) in Noordwijk.
ESA/G. Porter, CC BY-SA IGO 3.0, via Wikimedia Commons.Om de rover te laten landen en boren op Mars moet hij tot in de puntjes ontsmet zijn. “Ten eerste moeten we voorkomen dat de instrumenten waarmee we naar leven zoeken, besmet zijn met organisch materiaal van de aarde”, vertelt Sinibaldi, “om valse positieven te voorkomen.” Een vals positief betekent dat we onterecht de conclusie trekken dat er leven is op Mars, terwijl dit van de aarde komt. Zo’n conclusie heeft grote gevolgen voor ons begrip over het ontstaan van leven. “Ten tweede moeten we voorkomen dat we de planeet besmetten met onze apparatuur. Zo’n besmetting belet toekomstige missies om hetzelfde gebied nog eens te verkennen en maakt de zoektocht naar leven op Mars moeilijker.”
Een cleanroom moet ervoor zorgen dat de ruimteapparatuur zo schoon mogelijk blijft. Hier doen onderzoekers metingen aan een onderdeel van ruimtetelescooop James Webb, in het NASA Goddard Space Flight Center.
NASA's James Webb Space Telescope from Greenbelt (MD, USA)/ Chris Gunn, CC BY 2.0, via Wikimedia CommonsSporen
Bij het ontsmetten van de rover volgt ESA de regels van het COSPAR (Committee on Space Research). Het COSPAR-beleid verdeelt missies in vijf categorieën, afhankelijk van het type missie en het hemellichaam. Hoe hoger de categorie, hoe strenger de regels. Zo mag een ruimtevaartuig slechts een beperkt aantal sporen bevatten. Sporen zijn bacteriën in een soort slaapstand, waarmee ze voor lange tijd ongunstige condities kunnen overleven. Ze worden wakker als de condities weer gunstig zijn. De Marsrover valt in COSPAR-categorie 4b: missies die landen op de rode planeet en zoeken naar leven. “Dat wil zeggen dat elk onderdeel van de rover betrokken bij monstername en analyse op zoek naar leven nagenoeg steriel moet zijn voor lancering”, aldus Sinibaldi. “De rest van de rover mag in totaal maximaal driehonderdduizend sporen bevatten. Ter vergelijking: een speldenknop kan met gemak tienduizenden sporen bevatten. Onze rover heeft een totaaloppervlak van ongeveer 150 vierkante meter. Daarbij gaat het om zowel binnen als buitenkant, alle onderdelen. Vergelijk dat met het oppervlak van een speldenknop en je begrijpt voor wat voor uitdaging we staan om de apparatuur schoon te houden.”
Veel onderdelen ontsmet ESA met een hittebehandeling van meer dan 110 graden Celsius, maar niet alle instrumenten kunnen daar tegen. Sinibaldi: “Elektronica raken beschadigd bij verhitting, dus die ontsmetten we met chemische middelen.” Daarnaast worden alle onderdelen gebouwd in cleanrooms, ruimtes waarin vochtigheid, temperatuur en biologische besmetting strikt zijn gecontroleerd. Mensen pakken zich in voordat ze naar binnen gaan, alles wordt goed schoongemaakt, en er vindt regelmatig controle plaats van de oppervlakken op bacteriën. “Alleen al voor de rover op zich hebben we naar schatting meer dan tienduizend biologische tests gedaan tijdens de verschillende bouwfases.”
Waterijs op de noordpool van Mars in 2005.
ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum), CC BY-SA 3.0 IGO, via Wikimedia CommonsTesla en beerdiertjes
De COSPAR-regels zijn een invulling van het Outer Space Treaty uit 1967. Daarin staat dat landen besmetting van hemellichamen en aarde door ruimtereizen moeten voorkomen. “Al vijftig jaar wordt het COSPAR-beleid door alle ruimtevaartagentschappen gevolgd”, vertelt Tanja Masson-Zwaan, universitair docent Lucht- en Ruimterecht aan de Universiteit Leiden. “De richtlijnen leven ze goed na; ze beseffen hoe belangrijk dat is.”
Ze maakt zich wel zorgen om ruimtemissies van private partijen. In 2018 lanceerde Elon Musk zijn Tesla Roadster aan boord van SpaceX Falcon-raket in een baan om de zon. De raket is inmiddels meer dan 300 miljoen kilometer van ons vandaan. Er zijn zorgen dat die neerstort op Mars en bacteriën verspreidt. In 2019 stortte een commerciële Israëlische raket neer op de maan, met aan boord duizenden beerdiertjes die er doelbewust in waren gesmokkeld door Nova Spivack, eigenaar van de Arch Mission Foundation. Beerdiertjes staan erom bekend dat ze in gedehydrateerde toestand extreme condities kunnen overleven.
“Mijn zorg is dat bedrijven zich niet houden aan de COSPAR-richtlijnen, tenzij ze daartoe verplicht worden door de staat”, zegt Masson-Zwaan. “Als je niet voorzichtig bent, kun je het verpesten voor de toekomst. We moeten via nationaal recht een manier vinden om bedrijven aan planeetbescherming te houden. Steeds meer landen werken aan zo’n wetgeving.”
Zakjes met poep
De beerdiertjes waren niet de eerste gestrande levensvormen op de maan. Een halve eeuw eerder lieten de Apollo-astronauten er 96 zakjes menselijk afval (poep, urine, en braaksel) achter om maanstenen en maanzand mee terug te kunnen nemen. Die zakjes werden niet ontsmet; ze namen aan dat de zonnestraling dat zou doen. Angelo Vermeulen, bioloog en ruimtevaarttechnoloog aan de TU Delft, schat de kans op overleving laag in. “De gedachte is dat de maanomgeving zo vijandig is dat leven toch niet kan ontsnappen. Het is geen omgeving waarin de bacteriën zich kunnen verspreiden.”
Op Mars is menselijk afval een ander verhaal, want daar is de kans groter dat er buitenaards leven is en dat ook aardse bacteriën kunnen overleven. Een astronaut produceert dagelijks zo’n 30 gram poep. In NASA’s plannen voor een bemande Marsmissie spreken ze over een verblijf van negenhonderd dagen. Met vier bemanningsleden kom je dan op 108 kilogram poep. COSPAR werkt sinds 2016 aan aanvullende vereisten voor bemande missies naar Mars om de planeet te beschermen tegen besmetting, aldus Sinibaldi, die lid is van de commissie. Daarin gaat het ook over afvalbeheer. “We kijken welke kennis nog ontbreekt en wat nodig is om die kennisgaten te vullen. De laatste stand van zaken publiceren we binnenkort.”
Kweekkamers
Een oplossing voor het afvalprobleem is om het te hergebruiken. Vermeulen ziet poep en urine als grondstoffen in een duurzaam voedselsysteem. Hij ontwerpt _life support_-systemen voor langdurige ruimtereizen en permanente ruimtebases, bijvoorbeeld naar of op Mars. Hij ziet vooral potentie in bioreactoren met bacteriën en kweekkamers met voedselgewassen. “Door de poep te vergisten en verder te verwerken zet je het grootste deel van menselijk afval om in kooldioxide en nitraat voor plantengroei, en is de cirkel gesloten.”
Een tafereel zoals in de film The Martian (2015) waarin Matt Damon aardappels poot in Marsgrond en bemest met poep, ziet Vermeulen niet snel gebeuren. “We weten nog niet of Marsgrond veilig is, en poep wordt nooit rechtstreeks gebruikt vanwege risico’s voor de menselijke gezondheid.” Ook zullen planten niet in kassen groeien. “Het zonlicht op Mars is te zwak. Je moet eerder denken aan computergestuurde kweekkamers met kunstmatig licht. De planten zullen niet in grond groeien, maar in water. Daarin zijn voedingsstoffen nauwkeuriger te doseren.”
Als het gaat om planeetbescherming, is Vermeulen duidelijk. “De mens is een wandelende verzameling micro-organismen. Het is onvermijdelijk dat we daar iets achterlaten. De bedoeling is niet om steriel te leven, maar om ontsnapping buiten de habitat zo laag mogelijk te houden.” Dat kan volgens hem door kweekkamers van planten en bacteriën veilig af te sluiten, bijvoorbeeld met desinfecterende luchtsluizen. “Zo’n kweekkamer zal onderdeel vormen van het interieur van de Marsbasis. Als iets ontsnapt, zal het niet direct buiten zijn.”
Hand in hand
Hoewel de huidige verdragen en regels tot dusver goed werken voor planeetbescherming, is er ruimte voor verbetering voor private partijen, afvalbeheer, en bemande reizen naar Mars. “Ik krijg wel eens de vraag of het recht de technologie voor moet zijn of moet volgen”, vertelt Tanja Masson-Zwaan. “We weten niet wat er mogelijk gaat zijn. We moeten transparant zijn naar elkaar, zodat recht en techniek hand in hand kunnen optrekken.” Bij het opstellen van de regels en wetgeving moeten juristen de bedrijven ook betrekken, vindt ze. “We moeten weten wat commerciële partijen willen en kunnen.”
De ruimtejurist hoopt dat partijen afspraken gaan maken om hemellichamen eerlijk en verantwoord te verkennen en gebruiken, vergelijkbaar met het Antarcticaverdrag uit 1959 en het nieuwe Volle-Zeeverdrag van juni dit jaar. De Artemis-akkoorden van 2020 die de NASA en partners opstelden voor de nieuwe maanmissie zijn een goed begin. Ook China mikt met Rusland en andere partners op een akkoord in oktober voor een internationaal maanstation. De maan bevat bijvoorbeeld waterijs dat men wil gebruiken als drinkwater voor lange ruimtereizen, maar in het ijs zitten ook stofjes die iets vertellen over het ontstaan van ons zonnestelsel. “We moeten terughoudendheid toepassen,” aldus Masson-Zwaan. “Stoppen of verbieden vind ik niet realistisch. De mensheid wil ontdekken en grenzen verleggen, maar het moet geen goldrush worden ten koste van toekomstige generaties.”
Oxia Planum, de vlakte op Mars waar ESA’s ExoMars rover naar verwachting in 2030 landt en op zoek gaat naar buitenaards leven.
NASA, Public domain, via Wikimedia Commons