;
Кейсы 11 января 2021

Рис, помидоры и редис: кто, что и как выращивают в космосе

Далее

Космическое сельское хозяйство открывает человечеству возможность заселять и колонизировать соседние планеты. Однако реализовать весь комплекс по выращиванию свежих фруктов и овощей трудно: нужно правильно поливать растения, изучить состав почвы новой планеты или обустроить плантацию на борту корабля или на небесном теле. Рассказываем, как человечество продвинулось в космическом сельском хозяйстве.

Что такое космическое сельское хозяйство?

Космическое сельское хозяйство относится к культивированию зерновых культур для еды и других материалов в космосе или на астрономических объектах вне земли — эквивалентный сельскому хозяйству на Земле.

Земледелие на небесных телах, таких как Луна или Марс, имеет много общего с сельским хозяйством на космической станции или в космической колонии. Но, в зависимости от размеров небесного тела, может отсутствовать сложность микрогравитации, присущая последнему.

Каждая среда будет иметь различия в доступности ресурсов для процесса космического сельского хозяйства: неорганический материал, необходимый для роста растений, почвенная среда, инсоляция, относительная доступность углекислого газа, азота и кислорода и так далее.

Как проблемы есть у космического сельхозхозяйства?

  • Микрогравитация

На околоземной орбите и потенциальных планетах-колониях сила тяжести меньше привычной нам. Слабая гравитация влияет на многие особенности развития организмов, и растения не исключение. В экспериментах, где одни и те же культуры высаживали на Земле и на МКС, некоторые виды на орбите заметно теряли во вкусе и питательности. Например, в «космических» зародышах репы Brassica rapa оказалось гораздо меньше крахмала и белка (на 24 %).

  • Нарушение теплообмена

Эта проблема возникает, если замкнутое пространство плохо вентилируется. При этом вокруг растения накапливаются летучие органические вещества, способные затормозить его рост.

  • Радиация 

Наблюдения показывают, что постоянное излучение может вызывать повреждения ДНК и мутации, а также влияет на уровень экспрессии генов. Учитывая всё это, невозможно предсказать, как со временем изменятся привезенные с Земли растения. 

  • Почва

Наша земная почва, дающая жизнь растениям, — это сложная система, где одинаково важны и минералы, и органика. На Марсе, например, ситуация совсем другая. Поверхность Красной планеты покрыта реголитом — мелким песком и пылью, которые образуются, когда скальные породы разрушаются из-за ветра, колебаний температуры и ударов метеоритов. Эта пыль не просто безжизненна, для растений она опасна: в ней содержатся токсичные соединения, в том числе перхлораты — соли хлорной кислоты.

Как заменить почву?

В апреле 2014 года грузовой корабль Dragon SpaceX доставил на Международную космическую станцию установку для выращивания зелени Veggie, а в марте астронавты начали тестировать орбитальную плантацию. Установка контролирует свет и поступление питательных веществ. В августе 2015-го в меню астронавтов включили свежую зелень, выращенную в условиях микрогравитации.

Когда Veggie отслужит свое, ее планируют заменить более крупной установкой — полностью автоматической «теплицей» Advanced Plant Habitat (APH). В ней можно будет регулировать множество параметров, в том числе влажность, давление, освещенность, объем подаваемого кислорода и питательных веществ, и даже измерять температуру отдельных листьев.

В российском сегменте Международной космической станции действует оранжерея «Лада» для эксперимента «Растения-2». В конце 2016 или начале 2017 года на борту появится версия «Лада-2». Над этими проектами работает Институт медико-биологических проблем РАН.

Как выращивать растения на инородной почве?

Космическое растениеводство не ограничивается экспериментами в невесомости. Человеку для колонизации других планет придется развивать сельское хозяйство на грунте, который отличается от земного, и в атмосфере, имеющей иной состав. В 2014 году биолог Майкл Маутнер вырастил спаржу с картофелем на метеоритном грунте. Чтоб получить пригодную для выращивания почву, метеорит был размолот в порошок.

Опытным путем он сумел доказать, что на грунте внеземного происхождения могут произрасти бактерии, микроскопические грибы и растения. Материал большинства астероидов содержит фосфаты, нитраты и иногда воду.

  • Марс

В случае с Марсом, где много песка и пыли, измельчение породы не понадобится. Но возникнет другая проблема — состав почвы. В грунте Марса есть тяжелые металлы, повышенное количество которых в растениях опасно для человека. Ученые из Голландии имитировали марсианскую почву и с 2013 года вырастили на ней десять урожаев нескольких видов растений.

В результате эксперимента ученые выяснили, что содержание тяжелых металлов в выращенных на имитированном марсианском грунте горохе, редисе, ржи и помидорах не опасно для человека. Картофель и другие культуры ученые продолжают исследовать.

Исследователь Вагер Вамелинк инспектирует растения, выращиваемые на имитированной марсианской почве. Фото: Joep Frissel/AFP/Getty Images
  • Луна 

В аналоге лунной почвы ученым уже удавалось прорастить хлопок, однако главная проблема в том, что никакое растение не выживет при лунных перепадах температур. Например, ночью на спутнике температура может опуститься до –170 градусов. 

Так, благодаря китайскому аппарату «Чанъэ-4» впервые удалось вырастить растение в условиях лунной гравитации: всходы дали семена хлопка. В рамках эксперимента китайские ученые применили герметичный контейнер со специальной питательной средой. Кроме семян хлопка, в него поместили семена картофеля, рапса и резуховидки Таля. Также для эксперимента использовали личинки плодовой мухи и дрожжевые грибки. 

Как растения собираются выращивать в будущем?

  • Гидропоника

При таком методе растения растут в воде. Можно держать корни в воде постоянно или использовать методику прилива-отлива, а также использовать разнообразные субстраты, удерживающие нужное количество жидкости.

  • Аэропоника

В этом случае корни растений находятся не в воде или субстрате, а в воздухе. Рядом установлены распылители, которые время от времени обволакивают корни легкой дымкой из крохотных капель питательного раствора. Так растения получают и питание, и достаточное количество кислорода.

  • Антропоника

Источником воды и удобрений для гидропонных установок становятся отходы жизнедеятельности экипажа. Моча астронавтов может стать основой азотных удобрений, такой опыт уже провели на Земле итальянские ученые.

Несмотря на перспективы гидропоники, среди ученых есть и сторонники садоводства на основе грунта других планет. Такие эксперименты с 2013 года идут в Нидерландах. Биологи из Вагенингенского университета выращивают овощи в искусственном грунте, максимально напоминающем по составу реголиты с поверхности Марса и Луны.

«Марсианский» грунт делают из вулканического пепла и песка с Гавайев, а «лунный» — из песка пустыни в Аризоне. Чтобы повторить текстуру реголита, материал дополнительно измельчают в пыль. Ученые собрали уже более десятка урожаев, в их продуктовой корзине помидоры, горох, редис, рожь, зеленый лук и другие растения.

Еще одна смелая идея — изменить марсианскую атмосферу с помощью цианобактерий (сине-зеленых водорослей). Эти небольшие организмы способны к фотосинтезу: считается, что именно они «надышали» значительную часть того кислорода, который способствовал «кислородной революции» в начале протерозоя. В 2018 году международная группа ученых выяснила, что цианобактерии могут производить газ при очень низком уровне освещенности.

Последние достижения

В наземной лаборатории взошли некоторые из семян риса, побывавшие на Луне в рамках миссии «Чанъэ-5». Китайская автоматическая межпланетная станция (АМС) «Чанъэ-5» стала первым китайским космическим аппаратом, достигшим Луны и вернувшимся на Землю. Запуск миссии состоялся в ноябре 2020 года, а возвращаемая капсула с пробами лунного грунта была доставлена на Землю в декабре.

Одной из целей миссии являлось проведение экспериментов по селекции сельскохозяйственных культур в условиях космоса. В частности, на борту «Чанъэ-5» находилось около 40 г семян риса, которые были возвращены на Землю после лунной миссии.

Cемена были переданы научно-исследовательскому центру Южно-Китайского сельскохозяйственного университета. И некоторые из этих семян успешно проросли. Как считают ученые, результаты этого эксперимента помогут выявить влияние космических условий на сельскохозяйственные структуры, а также вывести сорта риса с уникальными свойствами.

Читать далее

Минздрав Аргентины раскрыл данные о побочных эффектах у получивших «Спутник V»

Утконос оказался генетической смесью млекопитающих, птиц и рептилий

Аборты и наука: что будет с детьми, которых родят

Загрузка...