ข้าวมะเขือเทศและหัวไชเท้า: ใครทำอะไรและเติบโตอย่างไรในอวกาศ

Space Farming คืออะไร?

เกษตรกรรมอวกาศหมายถึงการเพาะปลูก

พืชผลเพื่อเป็นอาหารและวัสดุอื่นๆ ในอวกาศหรือบนวัตถุทางดาราศาสตร์นอกโลก ซึ่งเทียบเท่ากับการเกษตรกรรมบนโลก

การทำฟาร์มบนเทห์ฟากฟ้าเช่นดวงจันทร์หรือดาวอังคารมีอะไรหลายอย่างที่เหมือนกันกับการทำฟาร์มบนสถานีอวกาศหรืออาณานิคมอวกาศ แต่ขึ้นอยู่กับขนาดของเทห์ฟากฟ้า ความซับซ้อนของสภาวะไร้น้ำหนักขนาดเล็กที่มีอยู่ในส่วนหลังอาจหายไป

แต่ละสภาพแวดล้อมจะมีความพร้อมใช้งานที่แตกต่างกันทรัพยากรสำหรับกระบวนการเกษตรกรรมในอวกาศ: วัสดุอนินทรีย์ที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของพืช สภาพแวดล้อมในดิน ไข้แดด ความพร้อมใช้ของคาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจนและออกซิเจน และอื่นๆ การทำฟาร์มอวกาศ 

มีปัญหาอย่างไรสำหรับการทำฟาร์มอวกาศ?

• แรงโน้มถ่วง

ในวงโคจรและศักยภาพของโลกต่ำบนดาวเคราะห์ยุคอาณานิคมแรงโน้มถ่วงน้อยกว่าที่เราคุ้นเคย แรงโน้มถ่วงที่อ่อนแอส่งผลกระทบต่อลักษณะต่างๆของการพัฒนาสิ่งมีชีวิตและพืชก็ไม่มีข้อยกเว้น ในการทดลองที่ปลูกพืชชนิดเดียวกันบนโลกและบนสถานีอวกาศนานาชาติบางชนิดในวงโคจรสูญเสียรสชาติและคุณค่าทางโภชนาการอย่างเห็นได้ชัด ตัวอย่างเช่นในตัวอ่อน "ช่องว่าง" ของหัวผักกาด Brassica rapa มีแป้งและโปรตีนน้อยกว่ามาก (24%)

• การถ่ายเทความร้อนหยุดชะงัก

ปัญหานี้เกิดขึ้นหากพื้นที่ปิดล้อมระบายอากาศไม่ดี ในขณะเดียวกันสารอินทรีย์ระเหยจะสะสมอยู่รอบ ๆ พืชซึ่งสามารถชะลอการเจริญเติบโตได้

• การแผ่รังสี 

การสังเกตพบว่าการแผ่รังสีคงที่สามารถทำให้เกิดความเสียหายและการกลายพันธุ์ของ DNA และยังส่งผลต่อระดับการแสดงออกของยีนอีกด้วย จากทั้งหมดนี้ จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะคาดเดาว่าพืชที่นำมาจากโลกจะเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาอย่างไร 

• ดิน

ดินบนโลกของเราซึ่งให้ชีวิตแก่พืชคือระบบที่ซับซ้อนซึ่งทั้งแร่ธาตุและสารอินทรีย์มีความสำคัญเท่าเทียมกัน ตัวอย่างเช่นบนดาวอังคารสถานการณ์แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง พื้นผิวของดาวเคราะห์แดงปกคลุมไปด้วยหินทราย - ทรายละเอียดและฝุ่นที่ก่อตัวขึ้นเมื่อหินถูกทำลายโดยลมความผันผวนของอุณหภูมิและผลกระทบของอุกกาบาต ฝุ่นนี้ไม่เพียง แต่ไม่มีชีวิตเท่านั้น แต่ยังเป็นอันตรายต่อพืชอีกด้วยมันมีสารประกอบที่เป็นพิษรวมทั้งเปอร์คลอเรตซึ่งเป็นเกลือของกรดเปอร์คลอริก

จะเปลี่ยนดินได้อย่างไร?

ในเดือนเมษายน 2014 เรือบรรทุกสินค้า Dragon SpaceXส่งโรงงานสีเขียว Veggie ไปยังสถานีอวกาศนานาชาติและในเดือนมีนาคมนักบินอวกาศเริ่มทดสอบการปลูกแบบโคจร การติดตั้งควบคุมแสงและปริมาณสารอาหาร ในเดือนสิงหาคมปี 2015 เมนูของนักบินอวกาศประกอบด้วยผักใบเขียวสดที่ปลูกในสภาวะไร้น้ำหนัก

เมื่อ Veggie รับใช้เธอพวกเขาวางแผนที่จะแทนที่เธอพืชที่ใหญ่กว่าคือเรือนกระจก Advanced Plant Habitat (APH) อัตโนมัติ จะเป็นไปได้ที่จะควบคุมพารามิเตอร์หลายอย่างรวมถึงความชื้นความดันการส่องสว่างปริมาณออกซิเจนและสารอาหารที่ให้มาและแม้กระทั่งการวัดอุณหภูมิของใบไม้แต่ละใบ

ในส่วนรัสเซียของอวกาศนานาชาติสถานีดำเนินการเรือนกระจก "ลดา" สำหรับการทดลอง "พืช -2" ในช่วงปลายปี 2559 หรือต้นปี 2560 รุ่น Lada-2 จะปรากฏบนเรือ สถาบันการแพทย์และปัญหาทางชีววิทยาของ Russian Academy of Sciences กำลังดำเนินโครงการเหล่านี้

วิธีการปลูกพืชในดินต่างประเทศ?

การปลูกพืชสวนในอวกาศไม่ได้จำกัดอยู่เพียงเท่านั้นการทดลองในแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ ในการตั้งอาณานิคมบนดาวเคราะห์ดวงอื่น มนุษย์จะต้องพัฒนาเกษตรกรรมบนดินที่แตกต่างจากบนโลก และในบรรยากาศที่มีองค์ประกอบต่างกัน ในปี 2014 นักชีววิทยา Michael Mautner ปลูกหน่อไม้ฝรั่งและมันฝรั่งบนดินอุกกาบาต เพื่อให้ได้ดินที่เหมาะสมสำหรับการเพาะปลูก อุกกาบาตจึงถูกบดให้เป็นผง

ในเชิงประจักษ์เขาสามารถพิสูจน์สิ่งนั้นบนพื้นดินได้จากแหล่งกำเนิดนอกโลกแบคทีเรียเชื้อรากล้องจุลทรรศน์และพืชสามารถเจริญเติบโตได้ วัสดุดาวเคราะห์น้อยส่วนใหญ่ประกอบด้วยฟอสเฟตไนเตรตและบางครั้งก็เป็นน้ำ

• ดาวอังคาร

ในกรณีของดาวอังคารที่มีทรายและฝุ่นมากไม่จำเป็นต้องบดหิน แต่ปัญหาอื่นจะเกิดขึ้น - องค์ประกอบของดิน มีโลหะหนักในดินของดาวอังคารจำนวนที่เพิ่มขึ้นในพืชเป็นอันตรายต่อมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์จากฮอลแลนด์ได้จำลองดินบนดาวอังคารและได้ปลูกพืช 10 ชนิดจากพืชหลายชนิดตั้งแต่ปี 2013

จากผลการทดลองนักวิทยาศาสตร์พบว่าปริมาณโลหะหนักในถั่วหัวไชเท้าข้าวไรย์และมะเขือเทศที่ปลูกในดินดาวอังคารจำลองไม่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์ยังคงทำการวิจัยมันฝรั่งและพืชอื่น ๆ

นักวิจัย Wager Wamelink ตรวจสอบพืชที่ปลูกในดินบนดาวอังคารจำลอง ภาพ: Joep Frissel / AFP / Getty Images

• ดวงจันทร์ 

นักวิทยาศาสตร์ได้ประสบความสำเร็จในแบบอะนาล็อกของดินบนดวงจันทร์แล้วฝ้ายงอก แต่ปัญหาหลักคือไม่มีพืชชนิดใดที่จะรอดพ้นจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิดวงจันทร์ ตัวอย่างเช่น ในเวลากลางคืนบนดาวเทียม อุณหภูมิอาจลดลงถึง -170 องศา 

ต้องขอบคุณเครื่องมือจีน "ฉางเอ๋อ-4"เป็นครั้งแรกที่เป็นไปได้ที่จะปลูกพืชภายใต้แรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์: เมล็ดฝ้ายแตกหน่อ ส่วนหนึ่งของการทดลองนี้ นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนใช้ภาชนะปิดผนึกที่มีสารอาหารพิเศษ นอกจากเมล็ดฝ้ายแล้ว ยังมีมันฝรั่ง เรพซีด และเมล็ดเหง้าของทัลอีกด้วย การทดลองนี้ยังใช้ตัวอ่อนของแมลงวันผลไม้และเชื้อรายีสต์อีกด้วย

พืชที่จะปลูกในอนาคตจะเป็นอย่างไร?

• ไฮโดรโปนิกส์

ด้วยวิธีนี้พืชจะเติบโตในน้ำคุณสามารถทำให้รากอยู่ในน้ำได้ตลอดเวลาหรือใช้เทคนิคการลดลงและการไหลและใช้วัสดุพิมพ์หลายชนิดที่กักเก็บของเหลวในปริมาณที่เหมาะสม

• แอโรโปนิกส์

ในกรณีนี้รากพืชไม่ได้อยู่ในน้ำหรือสารตั้งต้นขณะอยู่ในอากาศ มีการติดตั้งเครื่องพ่นสารเคมีในบริเวณใกล้เคียงซึ่งบางครั้งจะห่อหุ้มรากด้วยหมอกควันเล็กน้อยจากสารละลายธาตุอาหารหยดเล็ก ๆ นี่คือวิธีที่พืชได้รับทั้งสารอาหารและออกซิเจนที่เพียงพอ

• มานุษยวิทยา

แหล่งน้ำและปุ๋ยสำหรับไฮโดรโพนิกส์การติดตั้งกลายเป็นของเสียของลูกเรือ ปัสสาวะของนักบินอวกาศสามารถกลายเป็นพื้นฐานของปุ๋ยไนโตรเจนได้การทดลองดังกล่าวได้ดำเนินการบนโลกแล้วโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี

แม้จะมีแนวโน้มของการปลูกพืชไร้ดินในหมู่นักวิทยาศาสตร์นอกจากนี้ยังมีผู้สนับสนุนการจัดสวนโดยใช้ดินจากดาวเคราะห์ดวงอื่นด้วย การทดลองดังกล่าวเกิดขึ้นในประเทศเนเธอร์แลนด์ตั้งแต่ปี 2556 นักชีววิทยาจากมหาวิทยาลัย Wageningen กำลังปลูกผักในดินเทียมที่มีลักษณะใกล้เคียงกับองค์ประกอบของ regoliths จากพื้นผิวดาวอังคารและดวงจันทร์

ดิน “ดาวอังคาร” เกิดจากภูเขาไฟเถ้าและทรายจากฮาวาย และ "ดวงจันทร์" จากทรายทะเลทรายในรัฐแอริโซนา เพื่อจำลองพื้นผิวของรีโกลิธ วัสดุจะถูกบดให้เป็นฝุ่นเพิ่มเติม นักวิทยาศาสตร์ได้รวบรวมพืชผลมากกว่าหนึ่งโหล รวมถึงมะเขือเทศ ถั่ว หัวไชเท้า หัวไชเท้า ข้าวไรย์ หัวหอมสีเขียว และพืชอื่นๆ ในตะกร้าอาหารของพวกเขา

ความคิดที่ชัดเจนอีกประการหนึ่งคือการเปลี่ยนดาวอังคารบรรยากาศโดยใช้ไซยาโนแบคทีเรีย (สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน) สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กเหล่านี้สามารถสังเคราะห์แสงได้: เชื่อกันว่าพวกมันเป็นผู้ที่ "หายใจ" ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของออกซิเจนที่มีส่วนทำให้เกิด "การปฏิวัติออกซิเจน" ในช่วงเริ่มต้นของ Proterozoic ในปี 2561 ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติพบว่าไซยาโนแบคทีเรียสามารถผลิตก๊าซได้ในระดับแสงน้อยมาก

ความสำเร็จล่าสุด

เมล็ดพืชบางส่วนงอกในห้องทดลองภาคพื้นดินไรซ์ ซึ่งไปเยือนดวงจันทร์โดยเป็นส่วนหนึ่งของภารกิจฉางเอ๋อ-5 สถานีอวกาศอัตโนมัติของจีน (เอไอเอส) ฉางเอ๋อ-5 กลายเป็นยานอวกาศของจีนลำแรกที่ไปถึงดวงจันทร์และกลับมายังโลก ภารกิจนี้เปิดตัวในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2563 และแคปซูลส่งคืนพร้อมตัวอย่างดินบนดวงจันทร์ถูกส่งไปยังโลกในเดือนธันวาคม

วัตถุประสงค์ประการหนึ่งของภารกิจคือการดำเนินการการทดลองเกี่ยวกับการเลือกพืชผลทางการเกษตรในอวกาศ โดยเฉพาะบนเรือ "Chang'e-5" มีเมล็ดข้าวประมาณ 40 กรัมซึ่งถูกส่งกลับมายังโลกหลังจากภารกิจบนดวงจันทร์

เมล็ดพันธุ์ถูกย้ายไปวิจัยศูนย์มหาวิทยาลัยเกษตรเซาท์ไชน่า และเมล็ดพืชเหล่านี้บางส่วนก็งอกได้สำเร็จ ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าผลการทดลองนี้จะช่วยเผยให้เห็นถึงอิทธิพลของสภาพพื้นที่ที่มีต่อโครงสร้างทางการเกษตรรวมถึงการพัฒนาพันธุ์ข้าวที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว

อ่านเพิ่มเติม:

กระทรวงสาธารณสุขอาร์เจนตินาเปิดเผยข้อมูลเกี่ยวกับผลข้างเคียงของผู้ที่ได้รับยา Sputnik V

ตุ่นปากเป็ดกลายเป็นส่วนผสมทางพันธุกรรมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมนกและสัตว์เลื้อยคลาน

การทำแท้งกับวิทยาศาสตร์: จะเกิดอะไรขึ้นกับเด็กที่จะคลอด