للوقاية من طاعون المريخ ، تحتاج ناسا إلى بناء مختبر خاص جدًا

عندما تخيل كارل ساجان إرسال البشر إلى المريخ في كتابه “الارتباط الكوني” ، الذي نُشر في عام 1973 ، طرح مشكلة تتجاوز تكلفة وتعقيد هذه المهمة: احتمال وجود الحياة بالفعل على الكوكب الأحمر وأنها قد لا تلعب دورًا جيدًا. .

كتب: “من الممكن أن تكون هناك مسببات الأمراض على سطح المريخ” ، “كائنات حية ، إذا تم نقلها إلى البيئة الأرضية ، يمكن أن تسبب أضرارًا بيولوجية هائلة – وباء المريخ.”

تخيل مايكل كريشتون سيناريو ذا صلة في روايته “سلالة أندروميدا”.

مثل هذه المواقف ، التي تحتوي فيها عينات من خارج كوكب الأرض على كائنات تاغالونج الخطرة ، هي أمثلة على التلوث العكسي ، أو خطر المواد من عوالم أخرى تضر بالمحيط الحيوي للأرض.

كتب ساجان: “من المحتمل أن يكون احتمال وجود مثل هذه العوامل الممرضة ضئيلًا ، لكننا لا نستطيع حتى أن نتحمل مخاطرة صغيرة مع حياة مليار شخص”.

لطالما اعتبر العلماء تحذيرات ساجان من منظور افتراضي في الغالب. لكن على مدار العقد المقبل ، سيبدأون في التصرف بشكل ملموس بشأن مخاطر التلوث المتخلفة. تستعد وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية لمهمة مشتركة تسمى عودة عينة المريخ. تقوم المركبة الفضائية الموجودة على الكوكب الأحمر حاليًا بتجميع المواد التي سيتم جمعها بواسطة المركبات الفضائية الأخرى وإعادتها في النهاية إلى الأرض.

لا أحد يستطيع أن يقول على وجه اليقين أن مثل هذه المواد لن تحتوي على سكان المريخ الصغار. إذا حدث ذلك ، فلا أحد يستطيع أن يقول على وجه اليقين أنه ليس ضارًا بأبناء الأرض.

مع وضع مثل هذه المخاوف في الاعتبار ، يجب أن تتصرف ناسا كما لو أن عينات من المريخ يمكن أن تفرخ الوباء التالي. وقالت أندريا هارينجتون ، أمينة عينات المريخ في وكالة ناسا: “نظرًا لأنها ليست فرصة بنسبة صفر بالمائة ، فإننا نبذل قصارى جهدنا للتأكد من عدم وجود احتمال للتلوث”. وبالتالي ، تخطط الوكالة للتعامل مع العينات المعادة بشكل مشابه لكيفية تعامل مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها مع الإيبولا: بعناية.

تعني عبارة “بحذر” في هذه الحالة أنه بمجرد سقوط عينات المريخ على الأرض ، يجب الاحتفاظ بها مبدئيًا في هيكل يسمى مرفق استلام العينات. يقول مخططو المهمة إن الهيكل يجب أن يفي بمعيار يُعرف باسم “مستوى السلامة الحيوية 4” أو BSL-4 ، مما يعني أنه قادر على احتواء أخطر مسببات الأمراض المعروفة للعلم بأمان. ولكن يجب أيضًا أن تكون نقية: وظيفيًا ، غرفة نظيفة عملاقة تمنع المواد الموجودة على الأرض من تلويث العينات المأخوذة من المريخ.

لدى الوكالة القليل من الوقت لتضيعه: إذا حدثت مهمة عودة العينة في الوقت المحدد – من المسلم به أن “إذا” – يمكن أن تهبط صخور المريخ على الأرض بحلول منتصف العقد الثالث من القرن الحالي. قد يستغرق بناء منشأة يمكنها احتواء المواد المريخية بأمان نفس القدر من الوقت ، وذلك إذا تم بناؤها وفقًا للجدول الزمني ، دون انقطاع من التحديات السياسية أو العامة.

نظرًا لعدم احتواء أي مختبر موجود ونظيف بما يكفي لوكالة ناسا ، ذهب أربعة علماء ، بمن فيهم الدكتور هارينجتون ، في جولة في بعض أكثر المرافق خطورة على الكوكب. انضم إليها ثلاثة من زملائها ، وأطلقوا على أنفسهم اسم “فريق ناسا تايجر راما”. في حين أن هذا اللقب يبدو وكأنه اسم فريق الكشافة العسكرية ، إلا أنه اختصار من الأسماء الأولى لأعضاء الفريق – ريتشارد ماتينجلي من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا ؛ أندريا هارينجتون مايكل كالاواي ، متعاقد في مركز جونسون للفضاء ؛ وألفين سميث ، أيضًا من مختبر الدفع النفاث.

زارت المجموعة النقاط الساخنة مثل المختبرات الوطنية الناشئة للأمراض المعدية في بوسطن ، ومعهد البحوث الطبية للجيش الأمريكي للأمراض المعدية في فورت ديتريك بولاية ماريلاند ، ومراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها والتي يطلق عليها اسم مبهم وغامض المبنى 18 في أتلانتا.

إجمالاً ، زار الفريق 18 منشأة تعاملت مع أهوال بيولوجية أو حافظت على غرف نظيفة للغاية أو صنعت معدات مبتكرة لأي من الغرضين. كان الأعضاء يأملون في معرفة ما نجح في المختبرات الحالية وما يمكن لمرفق ناسا أن يناسبه أو يحسنه للحفاظ على سلامة البشرية.

بالنسبة لعلماء مثل هارينغتون ، فإن الإسراع والعقبات تستحق كل هذا العناء. وقالت: “ستكون هذه أول مهمة عودة عينة من كوكب آخر”. بعبارة أخرى ، في المرة الأولى التي التقى فيها عالم آخر بالبشر ، لأن البشر قدموا لهم.

جاءت المواد من جميع أنحاء النظام الشمسي إلى الأرض للدراسة من قبل: صخور القمر والغبار من البعثات الأمريكية والسوفياتية والصينية ؛ عينات من كويكبين تم جمعهما بواسطة مسابير يابانية ؛ وجسيمات من الرياح الشمسية ومذنب جمعت بواسطة مركبة فضائية. لكن كوكب المريخ يمثل ما تعتبره ناسا خطر تلوث عكسي “كبير” ، لذا فإن العينات المأخوذة من الكوكب الأحمر تندرج تحت فئة قانونية تسمى “عودة الأرض المقيدة”.

قال نيك بينارديني ، مسؤول حماية الكواكب في وكالة ناسا: “علينا أن نتعامل مع هذه العينات كما لو كانت تحتوي على مواد بيولوجية خطرة”. يشرف بينارديني على السياسات والبرامج التي تحاول منع ميكروبات الأرض من تلويث الكواكب أو الأقمار في نظامنا الشمسي والمواد خارج كوكب الأرض من إلحاق الضرر بالأرض.

يعتقد جون روميل ، الذي خدم فترتين في المكتب بين عامي 1987 و 2008 ، أنه من الصواب لوكالة الفضاء أن تأخذ المخاطر على محمل الجد ، حتى لو كانت ضئيلة وتبدو مثل خيال علمي. وقال: “هناك أمور مجهولة مهمة فيما يتعلق بالإمكانيات البيولوجية”. “مكان مثل المريخ هو كوكب. نحن لا نعرف كيف يعمل “.

جزء من نقطة عودة عينة المريخ ، بالطبع ، هو معرفة كيفية عمل الكوكب – وهو شيء لا يمكن القيام به بشكل صحيح في الموقع لأن العلماء وأدواتهم العديدة لا يمكنهم السفر إلى هناك بعد. بدأت المهمة بالفعل. تقوم مركبة الفضاء المثابرة التابعة لوكالة ناسا ، والتي وصلت إلى المريخ في عام 2021 ، بجمع العينات وتخزينها مؤقتًا لالتقاطها في المستقبل. سيتم بعد ذلك نقل العينات بواسطة نفس المركبة أو طائرة هليكوبتر آلية إلى مركبة الهبوط بصاروخ. سيطلق الصاروخهم بعد ذلك إلى مدار المريخ ، حيث ستلتقط مركبة فضائية أوروبية الصنع المادة وتعيدها باتجاه الأرض.

بمجرد اقتراب المركبة الفضائية من هذه النقطة الزرقاء الباهتة ، بشكل متفائل في عام 2033 ، ستسقط العينات في صحراء منطقة يوتا الواسعة للاختبار والتدريب ، وهي منطقة كوكب المريخ الخاصة بالأرض. بعد ذلك ، يمكن للعلماء دراسة العينات باستخدام الأجهزة الثقيلة التي تسمح بها مختبرات الأرض.

كانت مهمة Tiger Team RAMA هي معرفة كيفية جعل خطر التلوث فرصة أكثر منه مشكلة. كان هدفهم هو البحث عما تقدمه المرافق الموجودة والنظيفة وما قد تضطر وكالة الفضاء إلى اختراعه.

قال هارينغتون: “أردنا أن نفهم ما هي حالة الدولة”.

لمعرفة ذلك ، زار الفريق سبعة مختبرات عالية الاحتواء في الولايات المتحدة ، وواحد في بريطانيا وواحد في سنغافورة ، بالإضافة إلى مختبرات فضاء فائقة النقاء في اليابان وأوروبا. كما زاروا الشركات المصنعة للمعدات في هذه المرافق ، وتلك الخاصة بالمختبرات النموذجية.

يتمثل التحدي التكنولوجي الأكبر في أن مرفق استلام العينات يجب أن يلبي غرضين متقاطعين. قال ماير “الأرض لا تلمس العينة”. هذا هو الهدف من إنشاء منشأة نقية ونظيفة: منع المواد الموجودة على الأرض من تلويث المواد المريخية ومن إعطاء إشارات خاطئة للدراسات العلمية.

وتابع “والعينات لا تلمس الأرض” – التلوث المتخلف. وظيفة معمل الاحتواء العالي: حفظ ما بداخله وداخله.

تتطلب الغرف النظيفة ضغط هواء إيجابي ، مما يعني أن الضغط الداخلي أعلى من الضغط الخارجي. يتدفق الهواء دائمًا ، إذن ، من الداخل إلى الخارج – من ضغط أعلى إلى ضغط أقل. إنه بالضبط ما يفعله الهواء ، لأن الفيزياء. يتم إخراج الجسيمات بالقوة ، لكن لا تدخل بالقوة.

ومع ذلك ، فإن المعامل عالية الاحتواء تعمل في الاتجاه المعاكس. يحافظون على ضغط هواء سلبي ، مع ضغط داخل جدرانهم أقل من الخارج. يمكن للجسيمات أن تتسرب إلى الداخل ، لكنها لا تستطيع التسلل.

تحتاج ناسا إلى مساحة الضغط الإيجابي للحفاظ على العينات نظيفة ومساحة الضغط السلبي للاحتفاظ بالعينات. من الصعب دمج هذه الظروف في نفس المساحة المادية. قد يتطلب هياكل إبداعية متحدة المركز وأنظمة تهوية متطورة. لم يقم أي معمل على الأرض بذلك بالمقياس الذي تتطلبه عملية إرجاع عينة المريخ لأنه لا يوجد مختبر بحاجة إلى ذلك على الإطلاق. قال هارينجتون: “لسنا مندهشين من عدم وجود هذا”.

أفضل ما يمكن أن تفعله شركة Tiger Team RAMA هو أن ترى كيف حافظت المرافق النظيفة والمحتوية على نفسها على هذا النحو والأمل في تحديد أفضل طريقة للجمع بينها.

داخل مختبرات BSL-4 التي زارها الفريق ، كانت مرشحات الهواء عالي الكفاءة ، أو HEPA ، موجودة في كل مكان. تعلم الفريق عن ممارسات التعقيم ، مثل أدوات الاستحمام في أبخرة بيروكسيد الهيدروجين الغازية ، التي تقتل الملوثات على الأسطح. لا يزال يتعين القيام بالعمل لإيجاد الطريقة الصحيحة لتعقيم المواد الغريبة. قال هارينجتون: “تجري حاليًا الأبحاث لفهم إزالة التلوث ، في سياق هذه العينات”.

من حيث الهيكل ، يمكن أن تحتوي منشأة استلام العينات على أرضيات وسقوف وجدران مطلية بالإيبوكسي ، مثل معامل BSL-4 وغرف الأبحاث في بعض الأحيان. على النقيض من ذلك ، كانت الغرفة البكر حيث بنى العلماء مركبة أوروبية للمريخ ، جدرانًا مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الملحوم ، وهي مادة تمت الموافقة عليها أيضًا للبنية التحتية لمنشأة BSL-4. يمكن أن تعمل كلتا المادتين للأغراض المزدوجة لوكالة ناسا.

قام Tiger Team RAMA أيضًا بالتحقيق في الأدوات الموجودة في غرف الأبحاث المتمركزة حول الأرض والتي يمكن للعلماء استخدامها للتعامل مع عينات المريخ: تتيح المجاهر وصناديق القفازات والروبوتات مثل “micromanipulators” للباحثين التعامل مع المواد بدقة ودون ملامسة اليد للعينة. درس العلماء المواد عن بعد في بيئات النيتروجين النقي ، لتجنب تدهورها ، وهو ما ستحتاج إليه ناسا أيضًا.

لكن ظهرت مشاكل في التفاصيل ، تظهر أين لن تعمل حالة الولاية بشكل جيد بالنسبة لوكالة ناسا. كانت العديد من المعامل الحالية أقل من 1000 قدم مربع – وهي طريقة صغيرة جدًا بالنسبة للمقياس الذي تتطلبه المهمة. جعلت العتبات المرتفعة أو المداخل الضيقة من الصعب إدخال المعدات وإخراجها. ومختبرات BSL-4 الحالية هي فنادق كاليفورنيا للمرافق الحيوية: ما يتم تسجيله لا يترك عادةً ، على الأقل ليس بدون إزالة التلوث الشامل – وأحيانًا المدمر -. على هذا النحو ، عادة ما يكون لديهم أجهزة أقل من المختبر العادي. وجزء من نقطة عودة عينة المريخ هو القدرة على الاستفادة من الأجهزة العلمية المتطورة.

في النهاية ، قدم الفريق بعض الاحتمالات لناسا حول الشكل الذي يمكن أن تتخذه منشأة عينة المريخ: يمكن للوكالة تغيير مختبر BSL-4 الحالي ليكون أكثر نقاءً. أو ربما تتطلب الوكالة مزيدًا من المال والوقت ، ويمكنها بناء منشأة جديدة من الطوب وقذائف الهاون من الأرض ، مصممة بشكل فريد لأغراضها. تفكر ناسا أيضًا في خيارات متوسطة ، مثل بناء منشأة أرخص نموذجية عالية الاحتواء وإغراقها داخل مبنى به قشرة صلبة.

قال هارينجتون: “هناك الكثير الذي لا يزال مطروحًا على الطاولة ونحن ننظر إليه”.

أيا كان ما تقرره وكالة ناسا ، اقترح تحقيق الفريق أن عملية تصميم وبناء موقع دراسة نموذجية قد تستغرق من 8 إلى 12 عامًا – مما يدفع بالجدول الزمني لعودة العينة الفعلية. بالنظر إلى ذلك ، أوصى أعضاء الفريق بأن تقوم ناسا بإعداد خطط معينة تقريبًا الآن.

–

جزء من سبب تجنب التأخير هو أنه من شبه المؤكد أنه ستكون هناك نكسات. واجهت المختبرات التي زارها Tiger Team RAMA انقطاعات بيروقراطية ، نتجت عن المتطلبات التنظيمية الجديدة ، وتقلبات الأموال الحكومية ، وصعوبات البناء ، والمشاركة العامة غير الكاملة.

وقرر الفريق أن احتمال التأخير يمثل “مخاطر برمجية كبيرة” على عائد عينة المريخ. بعد كل شيء ، من المرجح أن تكون العودة أكثر تعقيدًا ، فيما يتعلق بالأعمال الورقية ، من تلك الخاصة بالمشاريع الأرضية البحتة.

تريد ناسا أن يمتثل مشروعها لسياسات حماية الكواكب الدولية بالإضافة إلى سياساتها التكميلية. يجب أيضًا الموافقة على مرفق استلام العينات من خلال عملية قانون السياسة البيئية الوطنية ، والتي تتطلب إصدار بيان الأثر البيئي. بالإضافة إلى ذلك ، قد يتعين على المركبة الفضائية ومنشآتها الداخلية التعامل مع التوجيه الرئاسي للأمن القومي رقم 25 ، الذي يحكم التجارب العلمية والتكنولوجية التي قد يكون لها تأثيرات بيئية كبيرة. هذا لا يعني إهمال الاهتمام الرسمي من وزارة الزراعة ، ووزارة الصحة والخدمات البشرية مع المعاهد الوطنية للصحة ومراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها ، ووزارة الأمن الداخلي وإدارة السلامة والصحة المهنية ، وربما حكومات الولايات والحكومات المحلية الأخرى.

لكن وجد الفريق أن التعامل مع الجمهور ، وليس الوكالات الحكومية فقط ، كان أيضًا عاملاً رئيسيًا لنجاح المشروع. قال روميل إن التحلي بالشفافية مع الجمهور هو مفتاح ليس فقط لكسب التأييد العام ولكن أيضًا للحفاظ على المسؤولية وآمنة. قال: “الانفتاح التام هو الشيء الوحيد الذي سيجعل هذا العمل ناجحًا ، مما يعني أنه عليك القيام بالشيء الصحيح”.

وأضاف: “إذا كنت تعتقد أن لديك شيئًا من هذا يجب عليك أن تبقيه سراً ، فلا يجب أن تفعله”.

سيتعين على بناة المنشأة مراعاة المصلحة العامة ، وليس البحث فقط ، عند التواصل. عندما يفكر سكوت هانتون ، مدير التحرير في المنشور Lab Manager ، في تحديات الإدراك والتواصل التي ستواجهها ناسا مع مرفق استلام العينات ، يتبادر إلى الذهن اختصاران: NIMBY و WIIFM. ليس في ساحتي الخلفية وما بداخلها بالنسبة لي ، والتي يجب أن تكون متوازنة.

يعتقد هانتون أن الإجابة على السؤال الأخير يجب أن تأتي من وجهة النظر الشخصية للمقيم. قال “ليس فقط من منظور العالم لتعلم شيء جديد”. “لكن لماذا على الجوار والمنطقة والدولة والدولة أن يشرعوا في هذا الاستثمار وهذا الخطر؟”

إن وجود مجموعات استشارية مجتمعية تضم عن قصد نقادًا مسموعين – وهو ما يسميه وضع “قطاع الطرق في القطار” – يمكن أن يخلق حسن النية.

ومع ذلك ، يرى هانتون ، في هذا الخطر خارج كوكب الأرض ، نعمة أرضية. قال: “أشعر أنها مشكلة جديدة”. “ستحتاج إلى إجابة جديدة.” يمكن أن يؤدي استثمار وكالة ناسا في بناء منشأة آمنة إلى تحسين بيولاب بشكل عام.

قال: “ستكون هناك تحديات تقنية مثيرة للاهتمام للغاية ، ويمكن أن يوفر ذلك ، بصراحة ، فائدة أكبر للبشرية أكثر من أي شيء يتعلمونه من العينة”.

هارينجتون ، بالطبع ، متحمس بشأن العينات. المريخ عبارة عن كبسولة زمنية جيولوجية وبيئية ، تكشف عما كانت عليه الأرض منذ دهور. قال هارينجتون: “سنكون قادرين حقًا على إخبار الكثير عن تطور الأرض”.

يمكن أن يقربنا خطوة صغيرة إلى فهم كيف ، على سبيل المثال ، ينتج كوكب كائنات تنتج مركبة فضائية تنتقل إلى عالم آخر ثم تعيد ذلك العالم إلى هذا العالم.