Cos'è l'agricoltura spaziale?
L’agricoltura spaziale si riferisce alla coltivazione
Agricoltura su corpi celesti come la Luna oMarte ha molto in comune con l'agricoltura su una stazione spaziale o una colonia spaziale. Ma, a seconda delle dimensioni del corpo celeste, la complessità della microgravità inerente a quest'ultimo potrebbe essere assente.
Ogni ambiente avrà differenze nella disponibilitàrisorse per il processo di agricoltura spaziale: materiale inorganico necessario per la crescita delle piante, ambiente del suolo, insolazione, disponibilità relativa di anidride carbonica, azoto e ossigeno e così via. Agricoltura spaziale.
Quali sono i problemi per l'agricoltura spaziale?
- Microgravità
In orbita terrestre bassa e potenzialesui pianeti coloniali, la gravità è inferiore a quella a cui siamo abituati. La gravità debole influenza molte caratteristiche dello sviluppo degli organismi e le piante non fanno eccezione. Negli esperimenti in cui sono state piantate le stesse colture sulla Terra e sulla ISS, alcune specie in orbita hanno perso notevolmente in termini di gusto e valore nutritivo. Ad esempio, negli embrioni "spaziali" della rapa Brassica rapa c'erano molto meno amido e proteine (del 24%).
- Interruzione del trasferimento di calore
Questo problema si verifica se lo spazio chiuso è scarsamente ventilato. Allo stesso tempo, le sostanze organiche volatili si accumulano intorno alla pianta, il che può rallentarne la crescita.
- Radiazioni
Le osservazioni mostrano che la radiazione è costantepuò causare danni e mutazioni al DNA e influisce anche sul livello di espressione genetica. Considerato tutto ciò, è impossibile prevedere come cambieranno nel tempo le piante portate dalla Terra.
- Il suolo
Il nostro suolo terrestre, che dà vita alle piante, lo èun sistema complesso in cui sia i minerali che le sostanze organiche sono ugualmente importanti. Su Marte, ad esempio, la situazione è completamente diversa. La superficie del Pianeta Rosso è ricoperta di regolite: sabbia fine e polvere che si formano quando le rocce vengono distrutte dal vento, dalle fluttuazioni di temperatura e dagli impatti di meteoriti. Questa polvere non è solo priva di vita, è pericolosa per le piante: contiene composti tossici, inclusi perclorati - sali di acido perclorico.
Come sostituire il suolo?
Nell'aprile 2014, la nave cargo Dragon SpaceXha consegnato la pianta verde Veggie alla Stazione Spaziale Internazionale, ea marzo gli astronauti hanno iniziato a testare la piantagione orbitale. L'installazione controlla l'assunzione di luce e nutrienti. Nell'agosto 2015, il menu degli astronauti includeva verdure fresche coltivate in condizioni di microgravità.
Quando Veggie l'ha servita, hanno in programma di sostituirlala pianta più grande è la serra completamente automatica Advanced Plant Habitat (APH). Sarà possibile regolare molti parametri, tra cui umidità, pressione, illuminazione, il volume di ossigeno e sostanze nutritive forniti, e persino misurare la temperatura delle singole foglie.
Nel segmento russo dello spazio internazionalela stazione gestisce una serra "Lada" per l'esperimento "Plants-2". Alla fine del 2016 o all'inizio del 2017, la versione Lada-2 apparirà a bordo. L'Istituto di problemi medici e biologici dell'Accademia delle scienze russa sta lavorando a questi progetti.
Come coltivare piante in suolo straniero?
L'orticoltura spaziale non si limita aesperimenti a gravità zero. Per colonizzare altri pianeti, gli esseri umani dovranno sviluppare l’agricoltura su un suolo diverso da quello terrestre e in un’atmosfera con una composizione diversa. Nel 2014, il biologo Michael Mautner ha coltivato asparagi e patate su un terreno meteoritico. Per ottenere un terreno adatto alla coltivazione, il meteorite veniva ridotto in polvere.
Empiricamente, è stato in grado di dimostrarlo sul campodi origine extraterrestre, possono crescere batteri, funghi microscopici e piante. La maggior parte del materiale degli asteroidi contiene fosfati, nitrati e talvolta acqua.
- Marte
Nel caso di Marte, dove c'è molta sabbia e polvere,non è richiesto lo schiacciamento della roccia. Ma sorgerà un altro problema: la composizione del suolo. Ci sono metalli pesanti nel suolo di Marte, la cui maggiore quantità nelle piante è pericolosa per l'uomo. Scienziati olandesi hanno simulato il suolo marziano e dal 2013 hanno coltivato dieci raccolti di diverse specie di piante.
Come risultato dell'esperimento, gli scienziati lo hanno scopertoil contenuto di metalli pesanti in piselli, ravanelli, segale e pomodori coltivati su terreno marziano simulato non è pericoloso per l'uomo. Gli scienziati continuano a ricercare patate e altre colture.
Il ricercatore Wager Wamelink ispeziona le piante coltivate nel terreno marziano simulato. Foto: Joep Frissel / AFP / Getty Images
- Luna
In un analogo del suolo lunare, gli scienziati ci sono già riuscitigerminare il cotone, ma il problema principale è che nessuna pianta sopravvivrà ai cambiamenti di temperatura lunari. Ad esempio, di notte sul satellite la temperatura può scendere fino a -170 gradi.
Quindi, grazie all’apparato cinese “Chang’e-4”,Per la prima volta è stato possibile coltivare una pianta sotto la gravità lunare: sono germogliati i semi di cotone e, come parte dell'esperimento, gli scienziati cinesi hanno utilizzato un contenitore sigillato con uno speciale mezzo nutritivo. Oltre ai semi di cotone, vi venivano posti semi di patate, colza e rizoma di Tal. Per l'esperimento sono state utilizzate anche larve di mosca della frutta e funghi di lievito.
Come verranno coltivate le piante in futuro?
- Idroponica
Con questo metodo, le piante crescono nell'acqua.Puoi tenere le radici nell'acqua tutto il tempo, oppure utilizzare la tecnica del flusso e riflusso e utilizzare una varietà di substrati per trattenere la giusta quantità di liquido.
- Aeroponica
In questo caso, le radici delle piante non sono nell'acqua.o substrato mentre si è in aria. Nelle vicinanze sono installati degli spruzzatori, che di volta in volta avvolgono le radici con una leggera foschia da minuscole gocce di soluzione nutritiva. È così che le piante ricevono nutrimento e ossigeno sufficiente.
- Antroponica
Una fonte di acqua e fertilizzante per l'idroponicale installazioni diventano rifiuti dell'equipaggio. L'urina degli astronauti può diventare la base dei fertilizzanti azotati, un simile esperimento è già stato condotto sulla Terra da scienziati italiani.
Nonostante le prospettive dell'idroponica, tra gli scienziatiCi sono anche sostenitori del giardinaggio basato sul suolo di altri pianeti. Tali esperimenti vengono condotti nei Paesi Bassi dal 2013. I biologi dell'Università di Wageningen stanno coltivando ortaggi in un terreno artificiale che ricorda da vicino la composizione delle regoliti della superficie di Marte e della Luna.
Il suolo “marziano” è costituito da origine vulcanicacenere e sabbia delle Hawaii e “lunare” dalla sabbia del deserto dell’Arizona. Per replicare la struttura della regolite, il materiale viene inoltre ridotto in polvere. Gli scienziati hanno già raccolto più di una dozzina di raccolti; il loro paniere alimentare comprende pomodori, piselli, ravanelli, segale, cipolle verdi e altre piante.
Un'altra idea audace è cambiare il marzianoatmosfera utilizzando cianobatteri (alghe blu-verdi). Questi piccoli organismi sono capaci di fotosintesi: si ritiene che siano stati loro a "respirare" una parte significativa dell'ossigeno che ha contribuito alla "rivoluzione dell'ossigeno" all'inizio del Proterozoico. Nel 2018, un team internazionale di scienziati ha scoperto che i cianobatteri possono produrre gas a livelli di luce molto bassi.
Risultati recenti
Alcuni semi sono germogliati nel laboratorio terrestrerice, che ha visitato la Luna come parte della missione Chang'e-5. La stazione interplanetaria automatica cinese (AIS) Chang'e-5 è diventata la prima navicella spaziale cinese a raggiungere la Luna e tornare sulla Terra. La missione è stata lanciata nel novembre 2020 e la capsula di ritorno con campioni di suolo lunare è stata consegnata sulla Terra a dicembre.
Uno degli obiettivi della missione era condurreesperimenti sulla selezione di colture agricole nello spazio. In particolare, a bordo del "Chang'e-5" c'erano circa 40 grammi di semi di riso, che sono stati restituiti sulla Terra dopo la missione lunare.
I semi sono stati trasferiti alla ricercaCentro dell'Università agraria della Cina meridionale. E alcuni di questi semi sono germogliati con successo. Secondo gli scienziati, i risultati di questo esperimento aiuteranno a rivelare l'influenza delle condizioni spaziali sulle strutture agricole, nonché a sviluppare varietà di riso con proprietà uniche.
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