الأرز والطماطم والفجل: من وماذا وكيف ينمو الطعام في الفضاء

ما هي الزراعة الفضائية؟

تشير الزراعة الفضائية إلى الزراعة

المحاصيل الغذائية والمواد الأخرى في الفضاء أو على الأجسام الفلكية خارج الأرض، أي ما يعادل الزراعة على الأرض.

الزراعة على الأجرام السماوية مثل القمر أولدى المريخ الكثير من القواسم المشتركة مع الزراعة في محطة فضائية أو مستعمرة فضائية. ولكن، اعتمادا على حجم الجسم السماوي، قد يكون تعقيد الجاذبية الصغرى المتأصل في هذا الأخير غائبا.

سيكون لكل بيئة اختلافات في التوفرالموارد اللازمة لعملية الزراعة الفضائية: المواد غير العضوية اللازمة لنمو النبات، وبيئة التربة، والتعرض للشمس، والتوافر النسبي لثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والأكسجين، وما إلى ذلك. الزراعة الفضائية. 

كيف توجد مشاكل الزراعة الفضائية؟

• الجاذبية الصغرى

في المدار الأرضي المنخفض والإمكاناتعلى الكواكب الاستعمارية ، الجاذبية أقل مما اعتدنا عليه. تؤثر الجاذبية الضعيفة على العديد من سمات تطور الكائنات الحية ، والنباتات ليست استثناءً. في التجارب التي زرعت فيها نفس المحاصيل على الأرض وفي محطة الفضاء الدولية ، فقدت بعض الأنواع الموجودة في المدار بشكل ملحوظ في المذاق والقيمة الغذائية. على سبيل المثال ، في "الفضاء" الأجنة من اللفت براسيكا رابا كان هناك أقل بكثير من النشا والبروتين (بنسبة 24 ٪).

• اضطراب نقل الحرارة

تحدث هذه المشكلة إذا كانت المساحة المغلقة سيئة التهوية. في الوقت نفسه ، تتراكم المواد العضوية المتطايرة حول النبات ، مما قد يبطئ نموه.

• الإشعاع 

تظهر الملاحظات أن الإشعاع ثابتيمكن أن يسبب تلف الحمض النووي وحدوث طفرات، ويؤثر أيضًا على مستوى التعبير الجيني. ونظرًا لكل هذا، فمن المستحيل التنبؤ بكيفية تغير النباتات التي يتم إحضارها من الأرض بمرور الوقت.

• التربة

تربتنا الأرضية ، التي تعطي الحياة للنباتات ، هينظام معقد حيث المعادن والمواد العضوية لها نفس الأهمية. على المريخ ، على سبيل المثال ، الوضع مختلف تمامًا. سطح الكوكب الأحمر مغطى بالثرى - وهو عبارة عن رمل ناعم وغبار يتشكل عندما تتلف الصخور بفعل الرياح وتقلبات درجات الحرارة وتأثيرات النيازك. هذا الغبار ليس فقط هامدًا ، إنه خطير على النباتات: فهو يحتوي على مركبات سامة ، بما في ذلك البيركلورات - أملاح حمض البيركلوريك.

كيف تحل محل التربة؟

في أبريل 2014 ، سفينة الشحن Dragon SpaceXسلمت نبات Veggie الأخضر إلى محطة الفضاء الدولية ، وفي مارس بدأ رواد الفضاء في اختبار المزرعة المدارية. يتحكم التثبيت في تناول الضوء والمغذيات. في أغسطس 2015 ، تضمنت قائمة رواد الفضاء الخضروات الطازجة المزروعة في الجاذبية الصغرى.

عندما يخدمها Veggie ، يخططون لاستبدالهاالمصنع الأكبر هو الدفيئة ذات الموائل النباتية المتقدمة (APH) الأوتوماتيكية بالكامل. سيكون من الممكن تنظيم العديد من المعلمات ، بما في ذلك الرطوبة والضغط والإضاءة وحجم الأكسجين والمغذيات المقدمة ، وحتى قياس درجة حرارة الأوراق الفردية.

في الجزء الروسي من الفضاء الدوليتشغل المحطة صوبة "لادا" لتجربة "النباتات -2". في أواخر عام 2016 أو أوائل عام 2017 ، سيظهر إصدار Lada-2 على متن الطائرة. يعمل معهد المشاكل الطبية والبيولوجية التابع لأكاديمية العلوم الروسية على هذه المشاريع.

كيف تنمو النباتات في التربة الأجنبية؟

البستنة الفضائية لا تقتصر علىتجارب في انعدام الجاذبية. لاستعمار الكواكب الأخرى، سيتعين على البشر تطوير الزراعة على تربة تختلف عن تلك الموجودة على الأرض، وفي جو له تكوين مختلف. في عام 2014، قام عالم الأحياء مايكل موتنر بزراعة نبات الهليون والبطاطس على تربة نيزكية. للحصول على تربة مناسبة للزراعة، تم طحن النيزك إلى مسحوق.

تجريبيًا ، كان قادرًا على إثبات ذلك على أرض الواقعمن أصل خارج كوكب الأرض ، يمكن أن تنمو البكتيريا والفطريات والنباتات المجهرية. تحتوي معظم مواد الكويكبات على الفوسفات والنترات وأحيانًا الماء.

• المريخ

في حالة المريخ حيث يوجد الكثير من الرمال والغبار ،تكسير الصخور غير مطلوب. ولكن ستنشأ مشكلة أخرى - تكوين التربة. توجد معادن ثقيلة في تربة المريخ ، تشكل زيادة كمياتها في النباتات خطورة على الإنسان. قام علماء من هولندا بمحاكاة تربة المريخ وزرعوا عليها عشرة محاصيل من عدة أنواع نباتية منذ عام 2013.

نتيجة للتجربة اكتشف العلماء ذلكمحتوى المعادن الثقيلة في البازلاء والفجل والجاودار والطماطم المزروعة على تربة مريخية لا تشكل خطورة على البشر. يواصل العلماء البحث عن البطاطس والمحاصيل الأخرى.

الباحث Wager Wamelink يتفقد النباتات المزروعة في تربة محاكاة للمريخ. الصورة: Joep Frissel / AFP / Getty Images

• القمر 

في نظير للتربة القمرية، نجح العلماء بالفعلإنبات القطن، لكن المشكلة الرئيسية هي أنه لن ينجو أي نبات من التغيرات في درجات الحرارة القمرية. على سبيل المثال، في الليل على القمر الصناعي يمكن أن تنخفض درجة الحرارة إلى -170 درجة.

لذا، وبفضل الجهاز الصيني "Chang'e-4"،ولأول مرة، أصبح من الممكن زراعة نبات تحت الجاذبية القمرية: وكجزء من التجربة، استخدم العلماء الصينيون حاوية مغلقة تحتوي على وسط غذائي خاص. وبالإضافة إلى بذور القطن، تم وضع البطاطس وبذور اللفت وبذور جذمور التل فيها. كما تم استخدام يرقات ذبابة الفاكهة وفطريات الخميرة في التجربة.

كيف ستزرع النباتات في المستقبل؟

• الزراعة المائية

بهذه الطريقة ، تنمو النباتات في الماء.يمكنك الاحتفاظ بالجذور في الماء طوال الوقت ، أو استخدام تقنية المد والجذر ، واستخدام مجموعة متنوعة من الركائز للاحتفاظ بالكمية المناسبة من السائل.

• ايروبونيك

في هذه الحالة ، جذور النبات ليست في الماء.أو الركيزة في الهواء. يتم تثبيت البخاخات في مكان قريب ، والتي تغلف الجذور من وقت لآخر بضباب خفيف من قطرات صغيرة من محلول المغذيات. هذه هي الطريقة التي تتلقى بها النباتات التغذية والأكسجين الكافي.

• الأنثروبونيك

مصدر للمياه والأسمدة للزراعة المائيةتصبح المنشآت نفايات الطاقم. يمكن أن يصبح بول رائد الفضاء أساس الأسمدة النيتروجينية ، وقد تم بالفعل تنفيذ هذه التجربة على الأرض من قبل علماء إيطاليين.

على الرغم من آفاق الزراعة المائية، بين العلماءهناك أيضًا مؤيدون للبستنة القائمة على التربة من الكواكب الأخرى. تجري مثل هذه التجارب في هولندا منذ عام 2013. يقوم علماء الأحياء من جامعة فاجينينجن بزراعة الخضروات في تربة صناعية تشبه إلى حد كبير تكوين الثرى من سطح المريخ والقمر.

التربة "المريخية" مصنوعة من البراكينالرماد والرمال من هاواي، و"القمري" من رمال الصحراء في أريزونا. ولمحاكاة نسيج الثرى، يتم سحق المادة أيضًا إلى غبار. وقد جمع العلماء بالفعل أكثر من عشرة محاصيل، بما في ذلك الطماطم والبازلاء والفجل والجاودار والبصل الأخضر وغيرها من النباتات في سلة طعامهم.

فكرة جريئة أخرى هي تغيير المريخالغلاف الجوي باستخدام البكتيريا الزرقاء (الطحالب الخضراء المزرقة). هذه الكائنات الحية الصغيرة قادرة على التمثيل الضوئي: يُعتقد أنهم هم الذين "تنفسوا" جزءًا مهمًا من الأكسجين الذي ساهم في "ثورة الأكسجين" في بداية البروتيروزويك. في عام 2018 ، وجد فريق دولي من العلماء أن البكتيريا الزرقاء يمكنها إنتاج الغاز عند مستويات إضاءة منخفضة للغاية.

الإنجازات الأخيرة

نبتت بعض البذور في المختبر الأرضيرايس، الذي زار القمر كجزء من مهمة Chang'e-5. أصبحت المحطة الصينية الآلية بين الكواكب (AIS) Chang'e-5 أول مركبة فضائية صينية تصل إلى القمر وتعود إلى الأرض. تم إطلاق المهمة في نوفمبر 2020، وتم تسليم كبسولة العودة التي تحتوي على عينات من التربة القمرية إلى الأرض في ديسمبر.

كان أحد أهداف المهمة إجراءتجارب على اختيار المحاصيل الزراعية في الفضاء. على وجه الخصوص ، كان على متن السفينة "Chang'e-5" حوالي 40 جرامًا من بذور الأرز ، والتي أعيدت إلى الأرض بعد المهمة القمرية.

تم نقل البذور للبحثمركز جامعة جنوب الصين الزراعية. وقد نبتت بعض هذه البذور بنجاح. وفقًا للعلماء ، ستساعد نتائج هذه التجربة في الكشف عن تأثير ظروف الفضاء على الهياكل الزراعية ، وكذلك تطوير أنواع مختلفة من الأرز بخصائص فريدة.

قراءة المزيد:

وكشفت وزارة الصحة الأرجنتينية عن بيانات عن الآثار الجانبية بين أولئك الذين تلقوا لقاح سبوتنيك V

تبين أن خلد الماء هو مزيج وراثي من الثدييات والطيور والزواحف

الإجهاض والعلم: ماذا سيحدث للأطفال الذين سينجبون