Ahogy a felfedezzük a világűrt, esztétikai és gyakorlati okokból egyaránt fontos lesz majd növényeket is feljuttatni oda. Úttörő űrhajósainktól már tudjuk, hogy a Nemzetközi Űrállomáson a friss virágok és a kertek csodás hangulatot teremtenek, és lehetővé teszik, hogy utazásaink során magunkkal vigyünk egy kis darabot a Földből. Ezek jót tesznek a lelkiállapotunknak a Földön és az űrben egyaránt. A növények az űrhajósok egészségének megőrzésében is kulcsfontosságúak lesznek a hosszútávú küldetések során.
A C-vitamin hiánya elég volt ahhoz, hogy a tengerészek skorbutot kapjanak, de a vitaminhiány számos más egészségügyi problémát is okozhat. Néhány multivitamin egyszerű beszedése nem lesz elég ahhoz, hogy az űrhajósok egészségét megőrizzék a mélyűr felfedezése során. Friss termékekre lesz szükségük.
Jelenleg az űrállomáson az űrhajósok rendszeres szállítmányokat kapnak a legkülönfélébb fagyasztva szárított és előre csomagolt ételekből, hogy fedezzék táplálkozási szükségleteiket – az utánpótlási küldetések friss készletekkel látják el őket. Ha azonban a legénység tovább merészkedik az űrbe, és hónapokig vagy akár évekig utazik utánpótlás nélkül, az előre csomagolt vitaminok idővel lebomlanak, ami problémát jelent az űrhajósok egészségére nézve.
A NASA keresi a módját annak, hogy az űrhajósok számára a tápanyagokat tartós, könnyen felszívódó formában – frissen termesztett gyümölcsökkel és zöldségekkel – biztosítsa. A kihívást az jelenti, hogy hogyan lehet ezt megvalósítani zárt környezetben, napfény és földi gravitáció nélkül.
Veggie
A Veggie (Vegetable Production System) néven ismert zöldségtermesztő rendszer valójában egy űrkert, amely az űrállomáson található. A Veggie célja, hogy segítse a NASA-t a növények mikrogravitációban történő növekedésének tanulmányozásában, miközben friss élelmiszerekkel egészíti ki az űrhajósok étrendjét, emellett javítja az űrhajósok kedélyállapotát és közérzetét a Föld körüli laboratóriumban. A Veggie kertje körülbelül akkora, mint egy kézipoggyász, és jellemzően hat növény található benne. Minden egyes növény egy agyag alapú termesztőközeggel és műtrágyával töltött „párnában” nő. A párnák azért fontosak, hogy a gyökerek körül a víz, a tápanyagok és a levegő egészséges egyensúlyban oszoljon el. Ellenkező esetben a gyökerek vagy belefulladnának a vízbe, vagy kiszárítaná őket a levegő, mivel a folyadékok az űrben hajlamosak buborékokat képezni.
Gravitáció hiányában a növények más környezeti tényezők, például a fény segítségével tájékozódnak és irányítják a növekedést. A növények felett egy sor fénykibocsátó dióda (LED) a növények növekedéséhez megfelelő fényspektrumot állít elő. Mivel a növények sok zöld fényt visszavernek, és több vörös és kék hullámhosszt használnak, a Veggie kamra jellemzően magenta rózsaszínben világít.
A Veggie eddig sikeresen termesztett különféle növényeket, többek között háromféle salátát, kínai káposztát, mizuna mustárt, vörös orosz kelkáposztát és rézvirágot. A virágok különösen sokat jelentettek Scott Kelly űrhajósnak, aki egy csokornyit szedett belőlük, és lefényképezte, amint a kupolában lebegnek a Föld hátterében. A növények egy részét a legénység tagjai leszedték és elfogyasztották, a fennmaradó mintákat pedig visszaküldték a Földre, elemzésre. Az egyik aggodalomra okot adó lehetséges tényezőt a terményeken elszaporodó káros mikrobák jelentették, eddig azonban nem mutattak ki káros szennyeződést, és az ételeket a legénység biztonságosan (és élvezettel) fogyaszthatta.
A Kennedy Űrközpontban dolgozó csapat a jövőben további terményeket, például paradicsomot és paprikát tervez ültetni. Az olyan élelmiszerek, mint a bogyós gyümölcsök, bizonyos babfélék és más antioxidánsokban gazdag élelmiszerek további előnye lenne, hogy némi védelmet nyújtanának az űrsugárzás ellen a legénység tagjainak.
Advanced Plant Habitat
Az Advanced Plant Habitat (APH) a Veggie-hez hasonlóan egy növénykutatásra szolgáló növekedési kamra az űrállomáson. Ezt a rendszert is LED izzók, valamint szabályozott mennyiségű műtrágyával dúsított porózus agyag szubsztrátum jellemzi, amely vizet, tápanyagokat és oxigént juttat a növények gyökereihez.
A Veggie-vel ellentétben azonban ez a rendszer zárt és automatizált, emellett kamerákkal és több mint 180 érzékelővel van felszerelve, amelyek állandó interaktív kapcsolatban állnak a Kennedy Űrközpont földi csapatával, így nem igényel sok mindennapi gondoskodást a személyzet részéről. A víz visszanyerése és elosztása, a légköri páratartalom, a nedvességtartalom és a hőmérséklet mind automatizált. Több színű LED-fénnyel rendelkezik, mint a Veggie, hiszen a vörös, zöld és kék fények mellett van fehér, távoli vörös és még infravörös is, hogy lehetővé tegye az éjszakai képalkotást.
Amikor a termés készen áll a kutatási vizsgálatokra, a legénység mintákat vesz a növényekből, lefagyasztja vagy kémiai úton tartósítja azokat, hogy megőrizzék tulajdonságaikat, majd visszaküldi őket a Földre további tanulmányozásra, hogy a tudósok jobban megértsék, hogyan hatott az űr a növények növekedésére és fejlődésére.
Az APH 2018 tavaszán végezte el az első tesztüzemét az űrállomáson Arabidopsis thaliana (Lúdfű, avagy a „növénykutatás világának fehér egere”) és törpebúza felhasználásával. Az erről készült time-lapse videó világszerte népszerűvé vált a közösségi média felületeken.
Dr. Norman Lewis a vezető kutatója az Arabidopsis Gravitational Response Omics (Arabidopsis-GRO) konzorciumi vizsgálatnak, amely az első APH-t használó vizsgálat lesz. Őt és munkatársait különösen az érdekli, hogy mi történik a növényekkel az űrben gén-, fehérje- és metabolit szinten, milyen változások következnek be és mi az oka mindennek.
Az egyik legfontosabb kérdés, amelyre választ szeretnének kapni, az a mikrogravitáció és a növények lignintartalma közötti kapcsolat. A növényekben a ligninek olyan funkciókat látnak el, amelyeknek legközelebbi analógiája az emberi csontoké. Szerkezetet és merevséget adnak a növényeknek, és lehetővé teszik, hogy a gravitációval szemben egyenesen álljanak. Azt már tudjuk, hogy az űr csont- és izomveszteséget okoz az embereknél, mivel a fizikai igénybevétel alacsonyabb az űrben. Mi a helyzet tehát a ligninekkel?
Lewis és csapata arra is kíváncsi, hogy a géntechnológiai eszközökkel kevesebb lignin-tartalomra módosított növények képesek-e túlélni és normálisan működni az űrben. Ez számos előnyt biztosíthatna az űrben termesztett növényeknek, többek között azt, hogy fogyasztásuk során jobban felszívódnak a tápanyagok, és a növényi hulladékot is könnyebb lenne komposztálni. Lewis és csapata úgy véli, hogy ezek az alapvető tudományos információk irányadóak lesznek a mélyűri felfedezés és a kolonizáció stratégiáihoz.
Lewis tudja, hogy az űrtudomány máris nagy utat tett meg – és hogy a horizonton látható lehetőségek korábban a fikció világát jelentették!
Biological Research in Canisters, avagy Biológiai Kutatás Tartályokban
A Biological Research in Canisters (BRIC) egy olyan létesítmény, amelyet arra használnak, hogy tanulmányozzák az űr hatásait azokra az organizmusokra, amelyek elég kicsik ahhoz, hogy petri-csészékben nőjenek, például élesztőkre és mikrobákra. A BRIC-LED a legújabb verzió, amely fénykibocsátó diódákkal (LED) egészült ki, hogy támogassa az olyan élőlényeket, mint a növények, mohák, algák és cianobaktériumok, amelyeknek fényre van szükségük a táplálékuk előállításához.
A BRIC-LED jelenleg hardveres validációs teszteken esik át. A tudósok biztosítani akarják, hogy a LED-ek ne legyenek túl melegek a növények számára, és egyéb rendszerellenőrzéseket végeznek. Hamarosan olyan kutatók, mint Dr. Simon Gilroy a Wisconsin-Madison Egyetemről, tanulmányokat fognak vele végezni.
Gilroyt az érdekli, hogyan változik az Arabidopsis növény génexpressziója a térben. – Szó szerint több ezer kísérletet végeztek a Földön [az Arabidopsison] – magyarázta Gilroy. – Hidegsokk. Érintés. Öntözés megvonása. Túl sok víz. Kiabáltak velük – mesélte kuncogva. – Ezek az adatbázisok mind a rendelkezésünkre állnak. Tehát megnézzük, van-e bármiféle mintázat, amit valaki korábban megtalált, és amely a földi körülmények között lemodellezné, mi történik a növénnyel az űrben.
Néhány ilyen mintázatra eleve számítottak, például a gravitációhoz kapcsolódó gének módosulása nevezetesen ilyen. De volt két, a növények immunrendszerével kapcsolatos minta, amely felkeltette Gilroy figyelmét.
Úgy tűnik, hogy a növények fokozott oxidációs stresszhatásnak voltak kitéve. A sejtekben zajló normális folyamatok egy nagyon reaktív oxigénalapú vegyi anyagot állítanak elő. Ellenőrizetlenül ez a „reaktív oxigénfaj” reakcióba léphet a DNS-t javító mechanizmussal, és károsíthatja azt, a mitokondriumokkal együtt. Egy egészséges növényben a sejteknek megvannak a módszereik ennek kezelésére. De az űrben a növények többet termelnek ebből az anyagból.
A másik minta az, hogy bizonyos, a növények immunrendszerével kapcsolatos gének bekapcsolódnak, mások pedig kikapcsolnak az űrben. A tudósok gyanúja szerint ez veszélyeztetheti a növények fertőzések elleni védekező képességét.
Vannak arra utaló jelek is, hogy a növények az űrben nehezen tudnak védekezni a kórokozók ellen. Egyszer a Veggie-ben lévő rézvirágokat egy kicsit túlöntözték, így nem volt megfelelő a levegő áramlása. Egy gomba kezdett el nőni a növényeken, és ettől néhány tő elpusztult. Scott Kelly asztronauta finoman megtisztította a növényeket a gombától, a túlélő növények így visszanyerték az egészségüket, és virágba borultak. Lehet, hogy csak véletlen volt, de felmerült a kérdés, hogy az űr meggyengíti-e a zinnia egészségét.
Ahelyett, hogy szándékosan megbetegítenék a vega növényeket, hogy teszteljék ezt az elméletet, a tudósok a BRIC-LED segítségével génexpressziós vizsgálatokat akarnak végezni, és becsapni a növényeket, hogy azok azt higgyék, hogy veszélyben vannak. Ezt úgy érik el, hogy manipulálják a növények fehérje receptorait, amelyek folyamatosan a baktériumokra utaló jeleket keresik.
A baktériumok egy ostorszerű szerkezetet, a flagellumot használják úszásukhoz, és a flagellák mindegyike 22 közös aminosavból áll, amit „flag-22”-nek neveznek. A növények keresik a flag-22-t, és amint észlelik, azonnal beindul a védelmi rendszerük. A tudósok ennek szimulálására a flag-22 ártalmatlan oldatát spriccelik a növényekre. – A növény kiborul, és azt hiszi, hogy megtámadták – magyarázta Gilroy.
A BRIC-LED kísérletben apró növényeket nevelnek 10 napig, majd a tudósok flag-22-t spriccelnek rájuk. Egy órával később a növények már az elvárásoknak megfelelően védekeznek. A tudósok ilyenkor kémiai fixálószerrel locsolják le őket, hogy minden biológiai folyamatot leállítsanak. Ez a fixálószer remekül megőrzi a növények reakcióállapotát, de egy további lépésként a növényeket mélyhűtőbe is helyezik. Később visszaküldik őket a Földre, ahol ledarálják őket, hogy kivonják és elemezzék az RNS-üket.
Gilroy reméli, hogy így többet megtudhat az űrnek a növények egészségére gyakorolt hatásairól. Szerinte ugyanis a mintákból megtudhatják, hogy a növény védelmi rendszere megfelelően működik-e vagy sem.
Az ehhez hasonló kutatások segítenek majd a NASA-nak megérteni, hogyan lehet a növényeket virágzó állapotban tartani az űrben, és optimalizálni a hosszú távú küldetéseket.
Forrás: Growing Plants in Space
