Войти
Цуккини, выращиваемые на Международной космической станции Астроботаника - это прикладная дисциплина ботаники, то есть изучение растений в космических средах. Это раздел астробиологии и ботаники.
Предметом исследования было то, что растения можно выращивать в космическом пространстве обычно в невесомой, но находящейся под давлением контролируемой среде в определенных космических садах. В контексте полета человека в космос их можно употреблять в пищу и / или создавать освежающую атмосферу. Растения могут метаболизировать углекислый газ в воздухе для производства ценного кислорода и могут помочь контролировать влажность в салоне. Выращивание растений в космосе может принести психологическую пользу экипажам космических полетов человека.
Первая проблема при выращивании растений в космосе - это заставить растения расти без гравитации. Это сталкивается с трудностями, связанными с влиянием силы тяжести на развитие корней, обеспечением подходящих типов освещения и другими проблемами. В частности, снабжение корнями питательными веществами, а также биогеохимические циклы питательных веществ и микробиологические взаимодействия в почвенных субстратах особенно сложны, но было показано, что они делают возможным космическое земледелие в гипо- и микро-
НАСА планирует выращивать растения в космосе, чтобы накормить астронавтов и обеспечить психологическую пользу для длительного космического полета.
Астроботаника была исследованием идеи, что инопланетная растительная жизнь может существовать на других планетах. Здесь художник изобразил инопланетные растения на берегу экзосеи экзолуны. Поиск растительности на других планетах начался с Гавриила Тихова, который попытался обнаружить внеземную растительность, анализируя длины волн отраженного света планеты или планетного света.. Фотосинтетические пигменты, такие как хлорофиллы на Земле, отражают спектры света, которые колеблются в диапазоне 700–750 нм. Этот ярко выраженный шип называют «красным краем растительности». Считалось, что наблюдение этого всплеска при чтении планетного сияния будет сигнализировать о поверхности, покрытой зеленой растительностью. Поиск внеземной растительности уступил место поиску микробной жизни на других планетах или математическим моделям для прогнозирования жизнеспособности жизни на экзопланетах.
Изучение реакции растений в космическая среда - еще один объект исследований астроботаники. В космосе растения сталкиваются с уникальными факторами экологического стресса, которых нет на Земле, включая микрогравитацию, ионизирующее излучение и окислительный стресс. Эксперименты показали, что эти стрессоры вызывают генетические изменения в метаболических путях растений. Изменения в генетической экспрессии показали, что растения на молекулярном уровне реагируют на космическую среду. Астроботанические исследования были применены к проблемам создания систем жизнеобеспечения как в космосе, так и на других планетах, в первую очередь на Марсе.
Русский ученый Константин Циолковский был одним из первых, кто обсуждал использование фотосинтетической жизни в качестве ресурса в космических сельскохозяйственных системах. Спекуляции о выращивании растений в космосе существуют с начала 20 века. Термин астроботаника впервые был использован в 1945 году российским астрономом и пионером астробиологии Гавриилом Адриановичем Тиховым. Тихов считается отцом астроботаники. Исследования в этой области проводились как с выращиванием земных растений в космических средах, так и с поиском ботанической жизни на других планетах.
Первыми организмами в космосе были «специально разработанные штаммы семян», запущенные на 134 км (83 мили) 9 июля 1946 года на запущенной в США ракете Фау-2. Эти образцы не были восстановлены. Первыми семенами, запущенными в космос и успешно извлеченными, были семена кукурузы, запущенные 30 июля 1946 года, за которыми вскоре последовали семена ржи и хлопка. Эти ранние суборбитальные биологические эксперименты проводились Гарвардским университетом и Военно-морской исследовательской лабораторией и касались радиационного воздействия на живые ткани. В 1971 г. - 500 семян деревьев (сосна лоблолли, сикомор, сладкая жвачка, редвуд и пихта Дугласа ) совершили облет Луны на Аполлоне 14. Эти лунные деревья были посажены и выращены на Земле, где не было обнаружено никаких изменений.
Салат Мизуна, похожий на рукколу, растущий для Вег-03 В 1982 году экипаж космической станции Советский Салют 7 провел Эксперимент, подготовленный литовскими учеными (и другими), позволил вырастить несколько видов Arabidopsis с помощью экспериментального микропарического аппарата Фитон-3, став, таким образом, первыми растениями, которые зацвели и дали семена в космосе. В эксперименте Skylab изучалось влияние силы тяжести и света на растения риса. СВЕТ-2 Космическая оранжерея успешно обеспечила рост семян растений в 1997 году на борту космической станции Мир. Бион 5 нес Daucus carota и Бион 7 нес кукурузу (также известную как кукуруза).
Исследования растений продолжались на Международной космической станции. На МКС использовалась система производства биомассы. Система овощеводства (Veggie) позже была использована на борту ISS. Перед полетом в космос в Veggie были испытаны такие растения, как салат, мангольд, редис, китайская капуста и горох. Красный салат Ромейн выращивали в космосе, где собирали созревший, замораживали и тестировали на Земле. участники стали первыми американскими астронавтами, которые съели растения, выращенные в космосе 10 августа 2015 года, когда был собран урожай красного ромена. С 2003 года российские космонавты едят половину урожая, а другая половина идет на дальнейшие исследования. В 2012 году на борту МКС под наблюдением астронавта НАСА Дональда Петтита расцвел подсолнух . В январе 2016 года американские астронавты объявили, что на борту МКС зацвела цинния.
в 2018 году эксперимент Veggie-3 был протестирован с использованием подушек для растений и корневых матов. Одна из целей - выращивать пищу для потребления экипажем. Испытанные в настоящее время культуры включают капусту, салат и мизуна.
Сорт красного салата «Outredgeous», выращенный на борту Международного космического пространства. Станция. К растениям, выращенным в космосе, относятся:
Некоторые растения, такие как табак и ипомея, не имеют были выращены непосредственно в космосе, но подвергались воздействию космической среды, а затем прорастали и выращивались на Земле.
Салат-латук выращивают и собирают в Международная космическая станция до того, как заморозить и вернуть на Землю. Водоросли были первым кандидатом в системы жизнеобеспечения человека и растений. Первоначальные исследования в 1950-х и 1960-х годах использовали виды Chlorella, Anacystis, Synechocystis, Scenedesmus, Synechococcus и Spirulina для изучения того, как фотосинтезирующие организмы могут использоваться для круговорота O2 и CO2 в закрытых системах. Более поздние исследования в рамках российской программы BIOS и американской программы CELSS исследовали использование высших растений для выполнения функций регуляторов атмосферы, переработчиков отходов и продуктов питания для устойчивых миссий. Наиболее часто изучаемые культуры включают крахмальные культуры, такие как пшеница, картофель и рис; богатые белком культуры, такие как соя, арахис и фасоль; и множество других культур, улучшающих питание, таких как салат, клубника и капуста. Испытания оптимальных условий роста в закрытых системах потребовали исследования как параметров окружающей среды, необходимых для определенных культур (например, разные световые периоды для короткодневных и длиннодневных культур), так и сортов, которые лучше всего подходят для роста систем жизнеобеспечения.
Испытания систем жизнеобеспечения человека и растений в космосе относительно немногочисленны по сравнению с аналогичными испытаниями, проводимыми на Земле, и испытаниями роста растений в космосе в условиях микрогравитации. Первые испытания систем жизнеобеспечения, проведенные в космосе, включали эксперименты по газообмену с пшеницей, картофелем и гигантской ряской (Spyrodela polyrhiza). Более мелкие проекты, иногда называемые «машинами для салатов», использовались для обеспечения космонавтов свежими продуктами в качестве пищевых добавок. Планируются дальнейшие исследования для изучения влияния содержания растений на психическое благополучие людей в замкнутой среде.
Более недавние исследования были сосредоточены на экстраполяции этих систем жизнеобеспечения на другие планеты, в первую очередь на марсианские базы. Взаимосвязанные замкнутые системы, называемые «модульными биосферами», были созданы для поддержки экипажей из четырех-пяти человек на поверхности Марса. Эти палаточные городки выполнены в виде надувных теплиц и цоколей. Ожидается, что они будут использовать марсианские почвы для выращивания субстратов и очистки сточных вод, а также культурные сорта культур, разработанные специально для внепланетной жизни. Также обсуждалось использование марсианского спутника Фобос в качестве ресурсной базы, потенциально возможной добычи замороженной воды и углекислого газа с поверхности и, в конечном итоге, использования полых кратеров для автономных камер роста, которые можно собирать во время горных миссий.
Изучение растений дало информацию, полезную для других областей ботаники и садоводства. НАСА успешно провело обширные исследования гидропонных систем в программах CELSS и ALS, а также в изучении эффектов увеличения фотопериода и интенсивности света для различных видов сельскохозяйственных культур. Исследования также привели к оптимизации урожайности по сравнению с тем, что ранее достигалось системами выращивания в закрытых помещениях. Интенсивное изучение газообмена и концентраций летучих веществ растений в закрытых системах привело к лучшему пониманию реакции растений на экстремальные уровни содержания газов, таких как диоксид углерода и этилен. Использование светодиодов в исследованиях закрытых систем жизнеобеспечения также побудило к более широкому использованию светодиодов при выращивании в помещениях.
Иллюстрация растений, растущих на гипотетической базе Марса. Некоторые эксперименты, связанные с растениями. включают:
Молодое растение подсолнечника на борту МКС Несколько экспериментов были сосредоточены на том, чтобы сравнить рост и распространение растений в условиях микрогравитации, космических условий и земных условий. Это позволяет ученым выяснить, являются ли определенные модели роста растений врожденными или экологическими. полностью управляемый. Например, Аллан Х. Браун проверил движение проростков на борту космического корабля Columbia в 1983 году. Движение проростков подсолнечника было зарегистрировано во время нахождения на орбите. Они заметили, что сеянцы все еще испытывали вращательный рост и круговое движение, несмотря на отсутствие силы тяжести, показывая, что это поведение является встроенным.
Другие эксперименты показали, что растения обладают способностью проявлять гравитропизм, даже в условиях малой гравитации. Например, Европейская модульная система выращивания ЕКА позволяет экспериментировать с ростом растений; Действуя как миниатюрная оранжерея, ученые на борту Международной космической станции могут исследовать реакцию растений в условиях переменной силы тяжести. Эксперимент Gravi-1 (2008) использовал EMCS для изучения роста проростков чечевицы и движения амилопластов по кальций-зависимым путям. Результаты этого эксперимента показали, что растения могли чувствовать направление силы тяжести даже на очень низких уровнях. Более поздний эксперимент с EMCS поместил 768 проростков чечевицы в центрифугу, чтобы стимулировать различные гравитационные изменения; Этот эксперимент, Gravi-2 (2014), показал, что растения изменяют кальциевую сигнализацию в сторону роста корней при выращивании на нескольких уровнях силы тяжести.
Во многих экспериментах используется более общий подход к наблюдению за общими паттернами роста растений, а не одним специфическое поведение роста. Один из таких экспериментов, проведенный Канадским космическим агентством, например, обнаружил, что сеянцы белой ели росли иначе в антигравитационной космической среде по сравнению с сеянцами, привязанными к Земле; космические сеянцы продемонстрировали усиленный рост из побегов и хвои, а также имели рандомизированное распределение амилопластов по сравнению с земной контрольной группой.
Astrobotany имеет получил несколько наград в научной фантастической литературе и кино.
Внутренний вид гипотетического цилиндра О'Нила космической среды обитания, демонстрирующий чередование полос земли и окон. 