O fabrică spațială pentru orice: cum și de ce sunt cultivate alimente, organe și oase pe ISS

Agricultura pe ISS

Astronauții petrec luni de zile pe ISS și dieta lor obișnuită este săracă în fructe, legume și

verdeturi - de obicei sunt aduse de pe Pământcolete de marfă. Din cauza acestei deficiențe, uneori pierd în greutate și pot înceta să se simtă foame. Prin urmare, oamenii de știință s-au gândit de mult să crească tot ceea ce au nevoie pe orbita joasă a Pământului. De asemenea, aceste tehnici vor ajuta în viitor la colonizarea planetelor. 

În aprilie 2014, nava de marfă Dragon SpaceXa livrat planta verde Veggie la Stația Spațială Internațională, iar în martie astronauții au început să testeze plantația orbitală. Instalația controlează aportul de lumină și nutrienți. În august 2015, meniul astronauților a inclus verdețuri proaspete cultivate în microgravitate.

Verzii de la ISS

În segmentul rus al Spațiului Internaționalstația operează o seră „Lada” pentru experimentul „Plante-2”. La sfârșitul anului 2016 sau începutul anului 2017, versiunea Lada-2 va apărea la bord. Institutul pentru probleme medicale și biologice al Academiei de Științe din Rusia lucrează la aceste proiecte.

Dar toate aceste experimente nu au fost lipsite de dificultăți pe care noi de pe Pământ nu le întâlnim în timpul grădinăritului:

  • Microgravitatea. Pe orbita joasă a Pământului și în potențialPe planetele colonie, gravitația este mai mică decât ceea ce suntem obișnuiți. Gravitația slabă afectează multe caracteristici ale dezvoltării organismelor, iar plantele nu fac excepție. În experimentele în care au fost plantate aceleași culturi pe Pământ și pe ISS, unele specii aflate pe orbită și-au pierdut vizibil gustul și valoarea nutritivă. 
  • Încălcarea schimbului de temperatură... Această problemă apare dacă spațiul închis este puțin ventilat. În același timp, substanțele organice volatile se acumulează în jurul plantei, ceea ce poate încetini creșterea acesteia.
  • radiație. Observațiile arată că radiațiile constante pot provoca leziuni și mutații ADN-ului și, de asemenea, afectează nivelul de expresie a genelor.

Metode atipice de cultivare a legumelor și a verdeturilor în spațiu

  • Hidroponie

Paturile, pământul și argila cântăresc mult, așa că oamenii de științăCăutau modalități de a-l exclude din procesul de creștere, prin urmare, cercetătorii caută din ce în ce mai mult metode prin care verdețurile și legumele cresc în apă - hidroponie și aeroponie.

Puteți păstra rădăcinile în apă tot timpul sau puteți utiliza tehnica reflux și flux, precum și puteți folosi o varietate de substraturi care conțin cantitatea potrivită de lichid.

  • Aeroponica

Aici rădăcinile plantelor nu sunt în apă, ci în aer.În apropiere sunt instalate pulverizatoare, care din când în când învăluie rădăcinile cu o ceață ușoară de picături mici de soluție nutritivă.

Acesta este modul în care plantele primesc atât nutriție, cât și suficientcantitatea de oxigen - riscul sufocării culturii cu un strat de apă este mult mai mic decât în ​​cazul hidroponiei clasice. Riscul bolilor plantelor este, de asemenea, redus, deoarece microorganismele periculoase se instalează adesea în apă sau substraturi umede.

  • Antroponica

În acest caz, apa și îngrășămintele pentru instalațiile hidroponice sunt luate din deșeurile echipajului. 

De exemplu, urina astronauților poate deveni bazaîngrășăminte cu azot, un astfel de experiment a fost deja efectuat pe Pământ de către oamenii de știință italieni. Dar, în realitate, nu este atât de ușor să treci la această tehnologie. Excrementele astronauților pot conține, de exemplu, un exces de anumite metale.

Oase cosmice: un fragment de schelet a fost crescut pe ISS

În noiembrie 2019, oamenii de știință ruși pentru prima datăau crescut fragmente de structură osoasă în condiții de gravitate zero. În timpul experimentelor pe ISS, probele de țesut au fost făcute din ceramică cu fosfat de calciu, care au fost populate cu celule vii.

În prezent, acestea sunt studiate pe Pământ. În viitor, tehnologia va face posibilă crearea de implanturi osoase pentru transplant la astronauți în expediții interplanetare pe distanțe lungi.

  • De ce s-ar putea să aveți nevoie de fragmente scheletice în spațiu

Ideea sună logic, dar până acumfuturist —pentru a oferi îngrijiri medicale de specialitate. Potrivit experților, este necesar să se creeze noi mijloace de medicină spațială, inclusiv pentru formarea țesuturilor corpului în condiții de imponderabilitate. În viitor, aceștia ar putea fi transplantați în astronauți dacă se îmbolnăvesc sau se rănesc.

  • Din ce fragmente de schelet s-au cultivat

Studiul a folosit materiale biocompatibile pe bază de ceramică cu fosfat de calciu: compoziția sa este aproape identică cu componenta anorganică a osului real.

Proprietățile unice ale dezvoltării sunt realizate încontul autoorganizării materialului la temperaturi fiziologice, a remarcat directorul Institutului de Metalurgie și Știința Materialelor. A.A. Baikov Academia Rusă de Științe Vladimir Komlev.

  • Ce tehnologie este folosită pentru creșterea oaselor

Dispozitivul funcționează utilizând tehnologia levitației magnetice în gravitație zero, în care obiectul nu este creat în straturi, la fel ca în imprimantele 3D convenționale, ci din toate părțile simultan - conform principiului turnării unui bulgăre de zăpadă.

Cu această metodă de producție, astronauțiia fost posibil să se formeze un fragment sferoidal de țesut osos din particule ceramice. După care fragmentele au început să interacționeze între ele, formând legături chimice stabile

  • În ce stadiu se află cercetătorii?

În prezent, oamenii de știință au reușit să rezolve problema complexă a prelucrării materialelor folosind tehnologii de biofabricare, care implică crearea artificială de obiecte biologice. 

Cu toate acestea, în comparație cu analogii din plastic și metal, ceramica este o bază mai fragilă, a cărei utilizare în unele cazuri poate necesita o consolidare suplimentară a implantului.

Cum va merge experimentul de creștere a organelor pe ISS

Cercetători de la Centrul Spațial ZurichUniversitatea, împreună cu Airbus, au trimis celule stem umane la ISS pentru a cultiva organoizi, mini-copii ale organelor umane, ca parte a unui zbor de aprovizionare.

Proiectul a fost denumit „organite 3D în spațiu”.Acesta a fost dezvoltat de cercetătorii de la Universitatea din Zurich, Oliver Ulrich și Cora Thiel, care au studiat modul în care gravitația afectează celulele umane. La rândul său, echipa Airbus Innovations a dezvoltat echipamentul necesar și oferă acces la ISS.

  • De ce să crească organele

Organoidii sunt părți permanente ale unei celule care funcționeazăanumite funcții. Studiile toxicologice pot fi efectuate pe organite tridimensionale artificiale, ceea ce va elimina experimentele pe animale. De asemenea, organele pot înlocui fragmentele de țesut în tratamentul organelor deteriorate.

  • De ce organele au decis să crească în gravitație zero?

Cercetătorii observă că este imposibil să crești organite tridimensionale pe Pământ din cauza forței gravitaționale.

Organoizii tridimensionali nu pot fi cultivați pe Pământ fără un fel de schelă de susținere. În spațiu, unde nu există gravitație, această problemă se rezolvă de la sine.

Cora Thiel, om de știință și biolog

  • Cum va merge experimentul de creștere a organelor pe ISS

În timpul următoarei misiuni, vor fi trimiși pe orbităcelule stem tisulare a două femei și doi bărbați de vârste diferite. Cercetătorii vor testa cât de fiabilă este metoda lor atunci când se utilizează celule cu variabilitate biologică diferită.

  • Perspective pentru creșterea organelor în spațiu

Oamenii de știință planifică, de asemenea, că în viitor ISS va avea un atelier pentru producerea de țesuturi umane care pot fi utilizate pe Pământ în scopuri științifice și în medicină.

Implementarea cu succes a acestui experiment va devenio adevărată descoperire pentru medicină. Pe de o parte, companiile farmaceutice vor putea efectua studii toxicologice direct asupra țesuturilor umane, fără a fi nevoie de experimente pe animale. În plus, în viitor, organele cultivate din celule stem ale pacienților pot fi utilizate pentru transplant - poate că acest lucru va contribui la satisfacerea cererii globale de organe donatoare.

A citi Mai departe:

Noua mașină electrică parcurge 800 km fără reîncărcare: acesta este principalul concurent al Tesla

Oamenii de știință nu au reușit să prindă vulpea Rambo de trei ani. Împiedică eliberarea animalelor rare în pădure

O navă spațială la câțiva kilometri distanță: tot ce se știe despre noul proiect al Chinei