Що таке космічне сільське господарство?
Космічне сільське господарство відноситься до культивування
Землеробство на небесних тілах, таких як Місяць абоМарс має багато спільного з сільським господарством на космічній станції або в космічній колонії. Але, залежно від розмірів небесного тіла, може бути складність мікрогравітації, властива останньому.
Кожне середовище матиме відмінності у доступностіресурсів для процесу космічного сільського господарства: неорганічний матеріал, необхідний зростання рослин , грунтове середовище, інсоляція , відносна доступність вуглекислого газу, азоту і кисню тощо. Космічне землеробство.
Як проблеми є до космічного сільгосппідприємства?
- мікрогравітація
На навколоземній орбіті і потенційнихпланетах-колоніях сила тяжіння менше звичної нам. Слабка гравітація впливає на багато особливостей розвитку організмів, і рослини не виняток. В експериментах, де одні і ті ж культури висаджували на Землі і на МКС, деякі види на орбіті помітно втрачали в смаку і поживності. Наприклад, в «космічних» зародках ріпи Brassica rapa виявилося набагато менше крохмалю і білка (на 24%).
- порушення теплообміну
Ця проблема виникає, якщо замкнутий простір погано вентилюється. При цьому навколо рослини накопичуються летючі органічні речовини, здатні загальмувати його ріст.
- Радіація
Спостереження показують, що постійне випромінюванняможе викликати пошкодження ДНК та мутації, а також впливає на рівень експресії генів. З огляду на все це неможливо передбачити, як з часом зміняться привезені із Землі рослини.
- Грунт
Наша земна грунт, що дає життя рослинам, - цескладна система, де однаково важливі і мінерали, і органіка. На Марсі, наприклад, ситуація зовсім інша. Поверхню Червоної планети покрита реголітом - дрібним піском і пилом, які утворюються, коли скельні породи руйнуються через вітер, коливань температури і ударів метеоритів. Цей пил не просто млява, для рослин вона небезпечна: у ній містяться токсичні сполуки, в тому числі перхлорати - солі хлорної кислоти.
Як замінити грунт?
У квітні 2014 року вантажний корабель Dragon SpaceXдоставив на Міжнародну космічну станцію установку для вирощування зелені Veggie, а в березні астронавти почали тестувати орбітальну плантацію. Установка контролює світло і надходження поживних речовин. У серпні 2015 меню астронавтів включили свіжу зелень, вирощену в умовах мікрогравітації.
Коли Veggie відслужить своє, її планують замінитибільшої установкою - повністю автоматичної «теплицею» Advanced Plant Habitat (APH). У ній можна буде регулювати безліч параметрів, в тому числі вологість, тиск, освітленість, обсяг подаваного кисню і поживних речовин, і навіть вимірювати температуру окремих листів.
У російському сегменті Міжнародної космічноїстанції діє оранжерея «Лада» для експерименту «Рослини-2». В кінця 2016 або початку 2017 року на борту з'явиться версія «Лада-2». Над цими проектами працює Інститут медико-біологічних проблем РАН.
Як вирощувати рослини на чужорідної грунті?
Космічна рослинництво не обмежуєтьсяекспериментами у невагомості. Людині для колонізації інших планет доведеться розвивати сільське господарство на ґрунті, який відрізняється від земного, та в атмосфері, що має інший склад. У 2014 році біолог Майкл Маутнер виростив спаржу з картоплею на метеоритному ґрунті. Щоб отримати придатну для вирощування грунт, метеорит був розмелений на порошок.
Дослідним шляхом він зумів довести, що на грунтіпозаземного походження можуть вирости бактерії, мікроскопічні гриби і рослини. Матеріал більшості астероїдів містить фосфати, нітрати і іноді воду.
- Марс
У випадку з Марсом, де багато піску та пилу,подрібнення породи не знадобиться. Але виникне інша проблема - склад грунту. У грунті Марса є важкі метали, підвищена кількість яких в рослинах небезпечно для людини. Вчені з Голландії імітували марсіанський ґрунт і з 2013 року виростили на ній десять урожаїв декількох видів рослин.
В результаті експерименту вчені з'ясували, щовміст важких металів в вирощених на імітованому марсіанському грунті горосі, редисці, жита і помідорах не є небезпечним для людини. Картопля та інші культури вчені продовжують досліджувати.
Дослідник Вагер Вамелінк інспектує рослини, вирощувані на імітованої марсіанському ґрунті. Фото: Joep Frissel / AFP / Getty Images
- Місяць
В аналогу місячного ґрунту вченим вже вдавалосяпроростити бавовну, проте головна проблема в тому, що ніяка рослина не виживе при перепадах місячних температур. Наприклад, уночі на супутнику температура може опуститися до -170 градусів.
Так завдяки китайському апарату «Чан'є-4»,вперше вдалося виростити рослину в умовах місячної гравітації: сходи дали насіння бавовни. В рамках експерименту китайські вчені застосували герметичний контейнер зі спеціальним живильним середовищем. Окрім насіння бавовни, в нього помістили насіння картоплі, ріпаку та резуховидки Таля. Також для експерименту використовували личинки плодової мухи та дріжджові грибки.
Як рослини збираються вирощувати в майбутньому?
- гідропоніка
При такому методі рослини ростуть у воді.Можна тримати коріння у воді постійно або використовувати методику припливу-відпливу, а також використовувати різноманітні субстрати, які утримують потрібну кількість рідини.
- аеропоніка
У цьому випадку коріння рослин перебувають не в водіабо субстраті, а в повітрі. Поруч встановлено розпилювачі, які час від часу обволікають коріння легким серпанком з крихітних крапель живильного розчину. Так рослини отримують і харчування, і достатня кількість кисню
- Антропоніка
Джерелом води і добрив для гідропоннихустановок стають відходи життєдіяльності екіпажу. Сеча астронавтів може стати основою азотних добрив, такий досвід вже провели на Землі італійські вчені.
Незважаючи на перспективи гідропоніки, серед вченихє і прихильники садівництва на основі ґрунту інших планет. Такі експерименти з 2013 йдуть у Нідерландах. Біологи з Вагенінгенського університету вирощують овочі в штучному ґрунті, що максимально нагадує за складом реголіти з поверхні Марса та Місяця.
«Марсіанський» ґрунт роблять із вулканічного.попелу та піску з Гаваїв, а "місячний" - з піску пустелі в Аризоні. Щоб повторити текстуру реголіту, матеріал додатково подрібнюють у пилюку. Вчені зібрали вже більше десятка врожаїв, в їх продуктовому кошику помідори, горох, редька, жито, зелена цибуля та інші рослини.
Ще одна смілива ідея - змінити марсіанськуатмосферу за допомогою ціанобактерій (синьо-зелених водоростей). Ці невеликі організми здатні до фотосинтезу: вважається, що саме вони «надихали» значну частину того кисню, який сприяв «кисневої революції» на початку протерозою. У 2018 році міжнародна група вчених з'ясувала, що ціанобактерії можуть виробляти газ при дуже низькому рівні освітленості.
останні досягнення
У наземній лабораторії зійшло деякі з насіннярису, що побували на Місяці в рамках місії «Чан'є-5». Китайська автоматична міжпланетна станція (АМС) «Чан'є-5» стала першим китайським космічним апаратом, який досяг Місяця і повернувся на Землю. Запуск місії відбувся в листопаді 2020 року, а капсула, що повертається, з пробами місячного грунту була доставлена на Землю в грудні.
Однією з цілей місії було проведенняекспериментів по селекції сільськогосподарських культур в умовах космосу. Зокрема, на борту «Чан'е-5» знаходилося близько 40 грамів насіння рису, які були повернуті на Землю після місячної місії.
Насіння були передані науково-дослідномуцентру Південно-Китайського сільськогосподарського університету. І деякі з цих насіння успішно проросли. Як вважають вчені, результати цього експерименту допоможуть виявити вплив космічних умов на сільськогосподарські структури, а також вивести сорти рису з унікальними властивостями.
Читати далі:
МОЗ Аргентини розкрило дані про побічні ефекти у тих, хто отримав «Супутник V»
Качконіс виявився генетичної сумішшю ссавців, птахів і рептилій
Аборти і наука: що буде з дітьми, яких народять