Landwirtschaft auf der ISS
Astronauten verbringen Monate auf der ISS und ihre übliche Ernährung ist arm an Obst, Gemüse und
Im April 2014 wurde das Frachtschiff Dragon SpaceXlieferte die Veggie-Grünpflanze an die Internationale Raumstation, und im März begannen Astronauten, die Orbitalplantage zu testen. Die Installation steuert die Licht- und Nährstoffaufnahme. Im August 2015 stand auf der Speisekarte der Astronauten frisches Grün in Mikrogravitation.
Grün von der ISS
Im russischen Segment des Internationalen WeltraumsDie Station betreibt ein Gewächshaus "Lada" für das Experiment "Plants-2". Ende 2016 oder Anfang 2017 wird die Lada-2-Version an Bord erscheinen. Das Institut für medizinische und biologische Probleme der Russischen Akademie der Wissenschaften arbeitet an diesen Projekten.
Aber all diese Experimente waren nicht ohne Schwierigkeiten, die wir auf der Erde beim Gärtnern nicht haben:
- MikrogravitationIn der erdnahen Umlaufbahn und auf potenziellen Kolonieplaneten ist die Schwerkraft geringer, als wir es gewohnt sind.Die schwache Schwerkraft beeinflusst viele Merkmale der Entwicklung von Organismen, und Pflanzen sind da keine Ausnahme.In Experimenten, bei denen die gleichen Pflanzen auf der Erde und auf der ISS angepflanzt wurden, verloren einige Arten im Orbit ihren Geschmack und ihren Nährwert.
- Verletzung des Temperaturaustausches. Dieses Problem tritt auf, wenn der geschlossene Raum schlecht belüftet ist. Gleichzeitig reichern sich um die Pflanze herum flüchtige organische Substanzen an, die ihr Wachstum verlangsamen können.
- StrahlungBeobachtungen zeigen, dass ständige Strahlung DNA-Schäden und -Mutationen verursachen kann, aber auch Beeinträchtigungen. auf der Ebene der Genexpression
Atypische Methoden des Anbaus von Gemüse und Kräutern im Weltraum
- Hydroponik
Beete, Erde und Lehm wiegen viel, daher haben Wissenschaftler nach Möglichkeiten gesucht, sie aus dem Wachstumsprozess zu eliminieren. Daher beschäftigen sich Forscher zunehmend mitIn Richtung der Methoden, bei denen Grünzeug und Gemüse im Wasser wachsen, Hydrokultur und Aeroponik.
Sie können die Wurzeln die ganze Zeit im Wasser lassen oder die Ebbe-Flut-Methode anwenden und eine Vielzahl von Substraten verwenden, die die richtige Menge Flüssigkeit aufnehmen.
- Aeroponik
Dabei befinden sich die Wurzeln der Pflanzen nicht im Wasser, sondern in der Nähe sind Sprühgeräte angebracht, die die Wurzeln von Zeit zu Zeit mit einem leichten Dunst aus winzigen Tropfen einer Nährlösung umhüllen.
So erhalten Pflanzen sowohl Nahrung als auch ausreichenddie Sauerstoffmenge - das Risiko, die Kultur mit einer Wasserschicht zu ersticken, ist viel geringer als bei der klassischen Hydrokultur. Auch das Risiko von Pflanzenkrankheiten wird reduziert, da sich in Wasser oder einem feuchten Substrat oft gefährliche Mikroorganismen ansiedeln.
- Anthroponik
In diesem Fall werden Wasser und Düngemittel für Hydrokulturanlagen aus dem Abfall der Besatzung gewonnen.
Als Grundlage kann beispielsweise der Urin von Astronauten dienenStickstoffdünger wurde ein solches Experiment bereits von italienischen Wissenschaftlern auf der Erde durchgeführt. Aber in Wirklichkeit ist es nicht so einfach, auf diese Technologie umzusteigen. In den Exkrementen von Astronauten findet man beispielsweise einen Überschuss an bestimmten Metallen.
Weltraumknochen: Ein Fragment des Skeletts wurde auf der ISS gezüchtet
Im November 2019 erstmals russische WissenschaftlerFragmente der Knochenstruktur wuchsen unter Schwerelosigkeitsbedingungen. Bei Experimenten auf der ISS wurden Gewebeproben aus Kalziumphosphat-Keramik hergestellt, die mit lebenden Zellen besiedelt wurden.
Derzeit werden sie umfassend auf der Erde untersucht. In Zukunft wird die Technologie es ermöglichen, Knochenimplantate für die Transplantation an Astronauten auf interplanetaren Langstreckenexpeditionen herzustellen.
- Warum Sie möglicherweise Skelettfragmente im Weltraum benötigen
Die Idee klingt logisch, aber soweitfuturistisch – um eine spezialisierte medizinische Versorgung bereitzustellen. Experten zufolge ist es notwendig, neue Mittel der Weltraummedizin zu schaffen, auch für die Bildung von Körpergewebe unter Bedingungen der Schwerelosigkeit. In Zukunft könnten sie Astronauten transplantiert werden, wenn diese krank oder verletzt sind.
- Woraus bestanden Skelettfragmente?
In der Studie wurden biokompatible Materialien auf Basis von Calciumphosphat-Keramik verwendet: Ihre Zusammensetzung ist nahezu identisch mit der anorganischen Komponente von echtem Knochen.
Einzigartige Entwicklungseigenschaften werden erreichtaufgrund der Selbstorganisation des Materials bei physiologischen Temperaturen, sagte der Direktor des Instituts für Metallurgie und Werkstoffkunde. AA Baikov RAS Wladimir Komlev.
- Welche Technologie wird verwendet, um Knochen zu züchten?
Das Gerät arbeitet mit der Technologie der Magnetschwebebahn in der Schwerelosigkeit, bei der das Objekt nicht wie bei herkömmlichen 3D-Druckern schichtweise, sondern von allen Seiten gleichzeitig entsteht – nach dem Prinzip der Schneeballmodellierung.
Mit Hilfe dieser Produktionsmethode können AstronautenEs war möglich, aus Keramikpartikeln ein Fragment von Knochengewebe in Sphäroidform zu bilden. Danach begannen die Fragmente miteinander zu interagieren und bildeten stabile chemische Bindungen.
- In welcher Phase befinden sich Forscher?
Derzeit ist es Wissenschaftlern gelungen, das komplexe Problem der Materialverarbeitung mithilfe von Biofabrikationstechnologien zu lösen, bei denen biologische Objekte künstlich erzeugt werden.
Im Vergleich zu Kunststoff- und Metallgegenstücken ist Keramik jedoch eine zerbrechlichere Basis, deren Verwendung in einigen Fällen eine zusätzliche Verstärkung des Implantats erfordern kann.
Wie wird das Organzüchtungsexperiment auf der ISS ablaufen?
Forschende am Zürich Space CenterDie Universität schickte zusammen mit Airbus im Rahmen eines Versorgungsflugs menschliche Stammzellen zur ISS, um Organoide, Mini-Kopien menschlicher Organe, zu züchten.
Das Projekt heißt „3D Organoids in Space“.Es wurde von den Universitätsforschern Oliver Ulrich und Cora Thiel entwickelt, die untersuchten, wie die Schwerkraft menschliche Zellen beeinflusst. Das Team von Airbus Innovations wiederum hat die notwendige Ausrüstung entwickelt und stellt den Zugang zur ISS bereit.
- Warum Organellen anbauen
Organoide sind dauerhafte Bestandteile einer Zelle, diebestimmte Funktionen. An künstlichen dreidimensionalen Organellen können toxikologische Studien durchgeführt werden, dies schließt Tierversuche aus. Auch Organellen können bei der Behandlung geschädigter Organe Gewebefragmente ersetzen.
- Warum sich Organoide entschieden haben, in der Schwerelosigkeit zu wachsen
Die Forscher stellen fest, dass es aufgrund der Schwerkraft unmöglich ist, dreidimensionale Organoide auf der Erde zu züchten.
Ohne ein Stützgerüst können dreidimensionale Organoide auf der Erde nicht gezüchtet werden. Im Weltraum, wo es keine Schwerkraft gibt, löst sich dieses Problem von selbst.
Cora Thiel, Wissenschaftlerin und Biologin
- Wie wird das Organzüchtungsexperiment auf der ISS ablaufen?
Während der nächsten Mission werden sie in den Orbit geschicktGewebestammzellen von zwei Frauen und zwei Männern unterschiedlichen Alters. Die Forscher werden testen, wie zuverlässig ihre Methode bei der Verwendung von Zellen mit unterschiedlicher biologischer Variabilität ist.
- Aussichten für das Wachstum von Organoiden im Weltraum
Wissenschaftler planen außerdem, dass die ISS künftig über eine Werkstatt zur Herstellung von menschlichem Gewebe verfügt, das auf der Erde für wissenschaftliche Zwecke und in der Medizin verwendet werden kann.
Der Erfolg dieses Experiments wirdein echter Durchbruch für die Medizin. Einerseits können pharmazeutische Unternehmen toxikologische Studien ohne Tierversuche direkt an menschlichem Gewebe durchführen. Darüber hinaus könnten in Zukunft aus Stammzellen von Patienten gezüchtete Organoide für Transplantationen verwendet werden, was möglicherweise dazu beitragen könnte, den weltweiten Bedarf an Organspendern zu decken.
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