מפעל חלל לכל דבר: כיצד ומדוע מגדלים מזון, איברים ועצמות ב- ISS

חקלאות ב- ISS

אסטרונאוטים מבלים חודשים על ה-ISS והתזונה הרגילה שלהם דלה בפירות, ירקות ו

ירוקים - בדרך כלל הם מובאים מכדור הארץחבילות מטען. בגלל המחסור הזה, הם לפעמים יורדים במשקל ועשויים להפסיק להרגיש רעב. לכן, מדענים חושבים זמן רב על גידול כל מה שהם צריכים במסלול נמוך על כדור הארץ. כמו כן, טכניקות אלו יסייעו בעתיד בהתיישבות כוכבי לכת. 

באפריל 2014, ספינת המטען Dragon SpaceXהעביר את הצמח הירוק של ווגי לתחנת החלל הבינלאומית, ובמרץ החלו אסטרונאוטים לבדוק את מטע מסלול הדרך. המתקן שולט בצריכת אור וחומרים מזינים. באוגוסט 2015, התפריט של האסטרונאוטים כלל ירקות טריים שגדלו במיקרו-כוח משיכה.

ירוקים מ- ISS

בקטע הרוסי של החלל הבינלאומיהתחנה מפעילה חממה "לאדה" לניסוי "צמחים -2". בסוף 2016 או בתחילת 2017, גרסת ה- Lada-2 תופיע על הסיפון. המכון לבעיות רפואיות וביולוגיות של האקדמיה הרוסית למדעים עובד על פרויקטים אלה.

אך כל הניסויים הללו לא היו ללא קשיים שאנו על פני כדור הארץ לא נתקלים בהם במהלך הגינון:

• מיקרו-כוח משיכה. במסלול נמוך של כדור הארץ ובפוטנציאלעל כוכבי הלכת במושבה, כוח הכבידה פחות ממה שהורגלנו אליו. כוח הכבידה החלש משפיע על תכונות רבות של התפתחות אורגניזמים, וצמחים אינם יוצאי דופן. בניסויים שבהם נשתלו אותם גידולים על פני כדור הארץ ועל ה-ISS, כמה מינים במסלול איבדו באופן ניכר טעם וערך תזונתי. 
• הפרת חילופי טמפרטורות... בעיה זו מתרחשת אם החלל הסגור מאוורר בצורה לא טובה. במקביל, מצטברים חומרים אורגניים נדיפים סביב הצמח, מה שעלול להאט את צמיחתו.
• קרינה. תצפיות מראות שקרינה מתמדת עלולה לגרום לנזק ומוטציות ב-DNA, וגם משפיעה על רמת ביטוי הגנים

שיטות לא טיפוסיות לגידול ירקות וירקות בחלל

• הִידרוֹפוֹנִיקָה

מיטות, אדמה וחמר שוקלים הרבה, אז מדעניםהם חיפשו דרכים להדיר אותו מתהליך הגידול ולכן, החוקרים מחפשים יותר ויותר שיטות שבהן ירקות וירקות גדלים במים - הידרופוניקה ואירופוניקה.

אתה יכול לשמור את השורשים במים כל הזמן או להשתמש בטכניקת הגלישה והזרימה, וגם להשתמש במגוון מצעים שמחזיקים את הכמות הנכונה של נוזלים.

• אירופוניקה

כאן שורשי הצמחים אינם במים, אלא באוויר מותקנים בקרבת מקום, אשר מדי פעם עוטפים את השורשים באובך קל של טיפות זעירות של תמיסת תזונה.

כך הצמחים מקבלים גם תזונה ומספיקיםכמות החמצן - הסיכון לחנק את היבול בשכבת מים נמוך בהרבה מאשר במקרה של הידרופוניקה קלאסית. הסיכון למחלות צמחים מופחת גם הוא, שכן מיקרואורגניזמים מסוכנים מתמקמים לעתים קרובות במים או במצעים לחים.

• אנתרופוניקה

במקרה זה, מים ודשנים למתקנים הידרופוניים נלקחים מהפסולת של הצוות. 

לדוגמה, שתן של אסטרונאוטים יכול להפוך לבסיסדשן חנקן, ניסוי כזה כבר בוצע על פני כדור הארץ על ידי מדענים איטלקים. אבל במציאות, זה לא כל כך קל לעבור לטכנולוגיה הזו. הפרשות של אסטרונאוטים עשויות להכיל, למשל, עודף של מתכות מסוימות.

עצמות קוסמיות: שבר שלד גדל ב- ISS

בנובמבר 2019, מדענים רוסים בפעם הראשונההגדילו שברי מבנה עצם בתנאי אפס כבידה. במהלך ניסויים ב-ISS, דגימות רקמה נוצרו מקרמיקת סידן פוספט, אשר אוכלסו בתאים חיים.

כיום הם נחקרים באופן מקיף על פני כדור הארץ. בעתיד, הטכנולוגיה תאפשר ליצור שתלי עצם להשתלה לאסטרונאוטים במשלחות בין-כוכביות למרחקים ארוכים.

• מדוע ייתכן שתזדקק לשברי שלד בחלל

הרעיון נשמע הגיוני, אבל עד כאןעתידני —לספק טיפול רפואי מיוחד. לפי מומחים, יש צורך ליצור אמצעים חדשים לרפואת חלל, לרבות להיווצרות רקמות גוף במצבים של חוסר משקל. בעתיד, הם עלולים להיות מושתלים באסטרונאוטים אם הם יחלו או ייפצעו.

• מאיזה שברי שלד גדלו

המחקר השתמש בחומרים ביו-תואמים המבוססים על קרמיקה של סידן פוספט: הרכבו כמעט זהה למרכיב האנאורגני של עצם אמיתית.

המאפיינים הייחודיים של הפיתוח מושגים בחשבון הארגון העצמי של החומר בטמפרטורות פיזיולוגיות, ציין מנהל המכון למתכות ולחומרים. א.א. האקדמיה הרוסית למדעים בייקוב ולדימיר קומלב.

• איזו טכנולוגיה משמשת לגידול עצמות

המכשיר פועל תוך שימוש בטכנולוגיה של ריחוף מגנטי באפס כוח הכבידה, שבו האובייקט אינו נוצר שכבה אחר שכבה, כמו במדפסות תלת מימד קונבנציונאלי, אלא מכל הצדדים בבת אחת - על פי העיקרון של יצירת כדור שלג.

בשיטת ייצור זו, אסטרונאוטיםהיה אפשר ליצור חלקיק כדורית של רקמת עצם מחלקיקים קרמיים. לאחר מכן השברים החלו לקיים אינטראקציה זה עם זה ויצרו קשרים כימיים יציבים

• באיזה שלב נמצאים החוקרים?

נכון לעכשיו, מדענים הצליחו לפתור את הבעיה המורכבת של עיבוד חומר באמצעות טכנולוגיות ייצור ביולוגי, הכוללות יצירה מלאכותית של עצמים ביולוגיים. 

עם זאת, בהשוואה למקבילות פלסטיק ומתכת, הקרמיקה היא בסיס שביר יותר, שהשימוש בו עשוי לדרוש במקרים מסוימים חיזוק נוסף של השתל.

איך יתקדם ניסוי גידול האיברים ב-ISS?

חוקרים במרכז החלל בציריךהאוניברסיטה, יחד עם איירבוס, שלחו תאי גזע אנושיים ל-ISS כחלק מטיסת אספקה ​​חוזרת לגידול אורגנואידים, עותקים מיניים של איברים אנושיים.

הפרויקט נקרא "3D Organoids in Space".הוא פותח על ידי החוקרים מאוניברסיטת ציריך אוליבר אולריך וקורה ת'יל, שחקרו כיצד כוח הכבידה משפיע על תאים אנושיים. צוות Airbus Innovations, בתורו, פיתח את הציוד הדרוש ומספק גישה ל-ISS.

• למה לגדל אברונים

אורגנואידים הם חלקים קבועים של תא המבצעיםפונקציות מסוימות. ניתן לבצע מחקרים טוקסיקולוגיים על אברונים תלת מימד מלאכותיים, זה יבטל ניסויים בבעלי חיים. כמו כן אברונים יכולים להחליף שברי רקמות בטיפול באיברים פגומים.

• מדוע אורגנואידים החליטו לגדול באפס כוח משיכה

החוקרים מציינים שאי אפשר לגדל אורגנואידים תלת מימדיים על פני כדור הארץ בגלל כוח הכבידה.

אי אפשר לגדל אורגנואידים תלת מימדיים על פני כדור הארץ ללא סוג של פיגום תומך. בחלל, שבו אין כוח משיכה, הבעיה הזו פותרת את עצמה.

קורה ת'יל, מדענית וביולוגית

• איך יתקדם ניסוי גידול האיברים ב-ISS?

במהלך המשימה הבאה, הם יישלחו למסלולתאי גזע של רקמות של שתי נשים ושני גברים בגילאים שונים. החוקרים יבדקו עד כמה שיטתם מהימנה בעת שימוש בתאים בעלי שונות ביולוגית שונה.

• סיכויים לגידול אורגנואידים בחלל

מדענים מתכננים גם כי בעתיד תתקיים ב- ISS סדנה לייצור רקמות אנושיות הניתנות לשימוש בכדור הארץ למטרות מדעיות וברפואה.

הצלחת הניסוי הזה תהיהפריצת דרך אמיתית לרפואה. מצד אחד, חברות התרופות יוכלו לבצע מחקרים טוקסיקולוגיים ישירות על רקמות אנושיות, ללא צורך בניסויים בבעלי חיים. בנוסף, בעתיד, אורגנואידים שגדלו מתאי גזע של חולים יוכלו לשמש להשתלה, אולי יסייעו לענות על הביקוש העולמי לתורמי איברים.

לקרוא נוסף:

מכונית חשמלית חדשה נוסעת 800 ק"מ ללא טעינה: זהו המתחרה העיקרי של טסלה

מדענים לא הצליחו לתפוס את שועל הרמבו במשך שלוש שנים. הוא מונע משחרור של חיות נדירות ליער

חללית במרחק כמה קילומטרים משם: כל מה שידוע על הפרויקט החדש של סין