Rostliny ve vesmíru - Plants in space - Wikipedia

Květina cínie plovoucí uvnitř ISS, Země v pozadí
Rozkvetlá rostlina cínie na palubě vesmírné stanice obíhající kolem Země

Růst rostliny v vesmír vyvolal velký vědecký zájem.[1] Na konci 20. a na počátku 21. století byly rostliny často vynášeny do vesmíru na nízké oběžné dráze Země, aby mohly být pěstovány v beztížném, ale pod tlakem kontrolovaném prostředí, někdy nazývaném vesmírné zahrady.[1] V kontextu lidských vesmírných letů je lze konzumovat jako jídlo a / nebo poskytnout osvěžující atmosféru.[2] Rostliny mohou metabolizovat oxid uhličitý ve vzduchu na cenný kyslík a mohou pomáhat regulovat vlhkost v kabině.[3] Pěstování rostlin ve vesmíru může poskytnout psychologické výhody lidským posádkám vesmírných letů.[3] Rostliny byly obvykle součástí studií nebo technického vývoje, aby mohly dále rozvíjet vesmírné zahrady nebo provádět vědecké experimenty.[1] K dnešnímu dni měly rostliny vynesené do vesmíru většinou vědecký zájem, jen s omezeným příspěvkem k funkčnosti kosmické lodi, nicméně Apollo Měsíční strom Projekt byl víceméně misí inspirovanou lesnictvím a stromy součástí oslavy dvoustého výročí země.

První výzvou při pěstování rostlin ve vesmíru je, jak zajistit, aby rostliny rostly bez gravitace.[4] To naráží na potíže týkající se účinků gravitace na vývoj kořenů, zajištění vhodných typů osvětlení a dalších výzev. Zejména přísun živin do kořenů i biogeochemické cykly živin a mikrobiologické interakce v půdních substrátech jsou obzvláště složité, ale bylo prokázáno, že umožňují vesmírné zemědělství v hypo- a mikro-gravitaci.[5][6]

NASA plánuje pěstovat rostliny ve vesmíru, aby pomohla nakrmit astronauty a poskytnout psychologické výhody pro dlouhodobý kosmický let.[7] V roce 2017 byla na palubě ISS v jednom zařízení pro růst rostlin, 5. plodina čínské zelí (Brassica rapa) z toho zahrnoval příděl pro spotřebu posádky, zatímco zbytek byl uložen pro studium.[8] Časná diskuse o rostlinách ve vesmíru, byly stromy na vesmírné stanici zděného měsíce, v povídce z roku 1869 “Cihlový měsíc ".[9]

Dějiny

Vnitřní pohled na O'Neill válec vesmírné stanoviště, zobrazující střídavé pruhy pozemků a oken.
Probíhá projednávání systému produkce zeleniny pro ISS

V 2010s tam byla zvýšená touha po dlouhodobých vesmírných misích, které vedly k touze po vesmírné rostlinné produkci jako jídlo pro astronauty.[10] Příkladem toho je produkce zeleniny na Mezinárodní vesmírné stanici na oběžné dráze Země.[10] Do roku 2010 bylo na palubě lodi provedeno 20 experimentů s růstem rostlin Mezinárodní vesmírná stanice.[1]

Několik experimentů bylo zaměřeno na to, jak se růst a distribuce rostlin srovnává v mikro-gravitaci, podmínkách vesmíru a podmínkách Země. To umožňuje vědcům prozkoumat, zda jsou určité vzorce růstu rostlin vrozené nebo ekologické. Například Allan H. Brown testoval pohyby sazenic na palubě Raketoplán Columbia v roce 1983. Pohyby sazenic slunečnice byly zaznamenány na oběžné dráze. Pozorovali, že sazenice i přes nedostatek gravitace stále zaznamenávaly rotační růst a obíhání, což ukazuje, že tato chování jsou instinktivní.[11]

Jiné experimenty zjistily, že rostliny mají schopnost vykazovat gravitropismus, dokonce i za podmínek nízké gravitace. Například evropský modulární kultivační systém ESA[12] umožňuje experimentování s růstem rostlin; působí jako miniatura skleník, vědci na palubě Mezinárodní vesmírná stanice může zkoumat, jak rostliny reagují v podmínkách proměnné gravitace. Experiment Gravi-1 (2008) využil ke studiu EMCS čočka růst sazenic a pohyb amyloplastů na drahách závislých na vápníku.[13] Výsledky tohoto experimentu zjistily, že rostliny byly schopné vnímat směr gravitace i při velmi nízkých úrovních.[14] Pozdější experiment s EMCS umístil 768 sazenic čočky do odstředivky, aby stimuloval různé gravitační změny; tento experiment, Gravi-2 (2014), ukázal, že rostliny mění signalizaci vápníku směrem k růstu kořenů, zatímco jsou pěstovány v několika úrovních gravitace.[15]

Mnoho experimentů má obecnější přístup při sledování celkových modelů růstu rostlin na rozdíl od jednoho konkrétního růstového chování. Jeden takový experiment z Kanadská kosmická agentura například zjistil, že bílý smrk sazenice rostly odlišně v antigravitačním vesmírném prostředí ve srovnání se sazenicemi vázanými na Zemi;[16] vesmírné sazenice vykazovaly zvýšený růst z výhonků a jehel a také byly randomizovány amyloplast distribuce ve srovnání s kontrolní skupinou vázanou na Zemi.[17]

Časné úsilí

První organismy ve vesmíru byly „speciálně vyvinuté kmeny semen“ vypuštěné na 134 km (83 mi) dne 9. července 1946 vypuštěným USA V-2 raketa. Tyto vzorky nebyly získány. První semena vypuštěná do vesmíru byla úspěšně obnovena kukuřice semena vypuštěná 30. července 1946. Brzy následovala žito a bavlna. Tyto brzy suborbitální biologické experimenty byly zpracovány Harvardská Univerzita a Naval Research Laboratory a byli znepokojeni ozáření na živé tkáni.[18] V roce 1971 bylo 500 semen stromů (Loblolly borovice, Klen, Sweetgum, Sekvoje, a Douglasova jedle ) byly létány kolem Měsíce dne Apollo 14. Tyto Měsíční stromy byly vysazeny a pěstovány s kontrolami zpět na Zemi, kde nebyly detekovány žádné změny.

Éra vesmírné stanice

Salát podobný rukole Mizuna rostoucí pro Veg-03
Mladá slunečnice na palubě ISS[19]

V roce 1982 posádka sovětský Saljut 7 vesmírná stanice provedla experiment připravený litevskými vědci (Alfonsas Merkys a další) a některé se rozrostly Arabidopsis pomocí experimentálního mikro-skleníkového aparátu Fiton-3, čímž se staly prvními rostlinami, které kvetou a produkují semena ve vesmíru.[20][21] A Skylab experiment studoval účinky gravitace a světla na rýže rostliny.[22][23] The SVET-2 Space Greenhouse úspěšně dosáhl růstu semen na semenných rostlinách v roce 1997 na palubě vesmírné stanice Mir.[3] Bion 5 nesený Daucus carota a Bion 7 nesený kukuřice (aka kukuřice).

Výzkum rostlin pokračoval na Mezinárodní vesmírná stanice. Na ISS byl použit systém produkce biomasy Expedice 4. The Systém produkce zeleniny Systém (Veggie) byl později použit na palubě ISS.[24] Rostliny testované ve Veggie před odletem do vesmíru zahrnovaly salát, mangold, ředkvičky, čínské zelí a hrášek.[25] Červené římský salát byl vypěstován ve vesmíru Expedice 40 které byly sklizeny, když byly zralé, zmrazené a testovány zpět na Zemi. Expedice 44 Členové se stali prvními americkými astronauty, kteří jedli rostliny pěstované ve vesmíru 10. srpna 2015, kdy byla sklizena jejich úroda červeného říma.[26] Od roku 2003 ruskí kosmonauti konzumují polovinu své úrody, zatímco druhá polovina jde k dalšímu výzkumu.[27] V roce 2012 slunečnice rozkvetla na palubě ISS v péči astronauta NASA Donald Pettit.[28] V lednu 2016 američtí astronauti oznámili, že a cínie rozkvetla na palubě ISS.[29]

V roce 2017 Advanced Plant Habitat byl navržen pro ISS, což byl téměř soběstačný systém růstu rostlin pro tuto vesmírnou stanici na nízké oběžné dráze Země.[30] Systém je instalován paralelně s jiným systémem pěstovaným na rostlině na palubě stanice, VEGGIE, a hlavní rozdíl oproti tomuto systému spočívá v tom, že APH je navržen tak, aby vyžadoval méně údržby lidmi.[30] APH podporuje Plant Habitat Avionics Real-Time Manager.[30] Některé rostliny, které měly být testovány na APH, zahrnují Dwarf Wheat a Arabidopsis.[30] V prosinci 2017 byly společnosti ISS dodány stovky semen pro růst v systému VEGGIE.[31]

V roce 2018 byl experiment Veggie-3 na ISS testován s rostlinnými polštáři a kořenovými rohožemi.[32] Jedním z cílů je pěstovat jídlo pro spotřebu posádky.[32] Plodiny testované v této době zahrnují zelí, listový salát, a mizuna.[32] V roce 2018 byl testován systém PONDS pro dodávání živin v mikrogravitaci.[33]

V prosinci 2018 Německé letecké středisko zahájila EuCROPIS satelit na nízkou oběžnou dráhu Země. Tato mise nese dva skleníky určené k pěstování rajčat simulovaná gravitace první Měsíc a pak Mars (Každý 6 měsíců) s využitím vedlejších produktů lidské přítomnosti ve vesmíru jako zdroje živin.[Citace je zapotřebí ][potřebuje aktualizaci ]

Série experimentů Seedling Growth ke studiu mechanismů tropismů a buňky / cyklu byla provedena na ISS v letech 2013 až 2017.[34][35] Tyto experimenty také zahrnovaly použití modelové rostliny Arabidopsis thaliana a byly spoluprací mezi NASA (John Z. Kiss jako PI) a ESA (F. Javier Medina jako PI).[36][35]

Dne 30. listopadu 2020 shromáždili astronauti na palubě ISS první sklizeň ředkviček vypěstovaných na stanici. Bylo shromážděno celkem 20 rostlin a připraveno k přepravě zpět na Zemi. V současné době existují plány na opakování experimentu a pěstování druhé dávky.[37]

Měsíční povrch - od roku 2019

Chang'e 4 lunární přistávací modul v lednu 2019 nesl 3 kg (6,6 lb) uzavřenou „biosféru“ se semeny a vejci hmyzu, aby otestoval, zda se rostliny a hmyz mohou líhnout a růst společně.[38] Pokus zahrnoval semena brambor, rajčat a rajčat Arabidopsis thaliana (kvetoucí rostlina), stejně jako bource morušového vejce. Ty se staly[Citace je zapotřebí ] první rostliny pěstované na Měsíc. Systémy životního prostředí udrží kontejner pohostinný a podobný Zemi, s výjimkou nízké měsíční gravitace.[39] Pokud se vajíčka vylíhnou, larvy produkují oxid uhličitý, zatímco vyklíčené rostliny uvolňují kyslík fotosyntéza. Doufáme, že společně mohou rostliny a bource morušového vytvořit v kontejneru jednoduchou synergii. Miniaturní fotoaparát vyfotografuje jakýkoli růst. Biologický experiment navrhlo 28 čínských univerzit.[40][potřebuje aktualizaci ]

Rostliny pěstované ve vesmíru

Salát pěstovaný ve vesmíru na palubě ISS

Rostliny pěstované ve vesmíru zahrnují:

Experimenty

Ilustrace rostlin rostoucích v hypotetické základně Marsu.

Některé experimenty zahrnující rostliny zahrnují:

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E F „NASA - Pěstování rostlin a zeleniny ve vesmírné zahradě“. NASA. 15. června 2010. Citováno 13. února 2019.
  2. ^ Wild, Flint (24. června 2013). "Rostliny ve vesmíru". NASA. Citováno 13. února 2019.
  3. ^ A b C d E F G h T. Ivanova; et al. „První úspěšný experiment s růstem rostlin typu seed-to-seed v kosmickém skleníku SVET-2 v roce 1997“ (PDF). Space.bas.bg. Citováno 13. února 2019.
  4. ^ A b „Jak se dostat ke kořenu růstu rostlin na palubě vesmírné stanice“. NASA. 7. června 2013. Citováno 13. února 2019.
  5. ^ Maggi, Federico; Pallud, Céline (2010). „Marťanské základní zemědělství: Vliv nízké gravitace na tok vody, koloběh živin a dynamiku mikrobiální biomasy“. Pokroky ve vesmírném výzkumu. 46 (10): 1257–1265. doi:10.1016 / j.asr.2010.07.012. ISSN  0273-1177.
  6. ^ Maggi, Federico; Pallud, Céline (2010). „Vesmírné zemědělství v mikro- a hypo-gravitaci: Srovnávací studie hydrauliky půdy a biogeochemie v plodinové jednotce na Zemi, Marsu, Měsíci a vesmírné stanici“. Planetární a kosmická věda. 58 (14–15): 1996–2007. doi:10.1016 / j.pss.2010.09.025. ISSN  0032-0633.
  7. ^ Rainey, Kristine (7. srpna 2015). „Členové posádky Ukázka listových zelených pěstovaných na vesmírné stanici“. NASA. Citováno 23. ledna 2016.
  8. ^ Heiney, Anna (17. února 2017). „Záplata na zelí: Pátá plodina sklizená na palubě vesmírné stanice“. NASA. Citováno 11. května 2018.
  9. ^ „Atlantický měsíc“. En.wikisource.org. Citováno 13. února 2019.
  10. ^ A b Rainey, Kristine (2. března 2015). „Veggie rozšíří výrobu čerstvých potravin na vesmírné stanici“. NASA. Citováno 13. února 2019.
  11. ^ Chamovitz, Daniel (2012). Co rostlina ví: polní průvodce smysly (1. vyd.). New York: Scientific American / Farrar, Straus a Giroux. ISBN  978-0-374-28873-0.
  12. ^ Jost, Ann-Iren Kittang; Hoson, Takayuki; Iversen, Tor-Henning (20. ledna 2015). „Využití rostlinných zařízení na Mezinárodní vesmírné stanici - složení, růst a vývoj buněčných stěn rostlin za podmínek mikrogravitace“. Rostliny. 4 (1): 44–62. doi:10,3390 / rostliny4010044. ISSN  2223-7747. PMC  4844336. PMID  27135317.
  13. ^ Driss-Ecole, Dominique; Legué, Valérie; Carnero-Diaz, Eugénie; Perbal, Gérald (1. září 2008). "Gravisensitivity a automorphogenesis kořenů sazenic čočky pěstovaných na palubě Mezinárodní vesmírné stanice". Physiologia Plantarum. 134 (1): 191–201. doi:10.1111 / j.1399-3054.2008.01121.x. ISSN  1399-3054. PMID  18429941.
  14. ^ „Vědecké cíle“. Lensesinspace.wordpress.com. 28. března 2014.
  15. ^ Evropská kosmická agentura (5. července 2016). „Desetiletí biologie rostlin ve vesmíru“. Phys.org.
  16. ^ „Advanced Plant Experiment - Canadian Space Agency 2 (APEX-CSA2)“. NASA.
  17. ^ Rioux, Danny; Lagacé, Marie; Cohen, Luchino Y .; Beaulieu, Jean (1. ledna 2015). „Změny morfologie kmene a pohybu amyloplastů v bílém smrku pěstovaném v beztížném prostředí Mezinárodní vesmírné stanice“. Vědy o živé přírodě ve vesmírném výzkumu. 4: 67–78. Bibcode:2015LSSR .... 4 ... 67R. doi:10.1016 / j.lssr.2015.01.004. PMID  26177622.
  18. ^ Beischer, DE; Fregly, AR (1962). "Zvířata a člověk ve vesmíru. Chronologie a anotovaná bibliografie v průběhu roku 1960". Americká námořní škola leteckého lékařství. ONR TR ACR-64 (AD0272581). Citováno 14. června 2011.
  19. ^ A b „Photo-iss038e000734“. NASA. Citováno 13. února 2019.
  20. ^ "První druh rostliny, který kvetl ve vesmíru". Guinessova kniha rekordů. Citováno 20. ledna 2016.
  21. ^ Cowing, Keith (16. ledna 2016). „Žádná NASA, nejsou to první rostliny, které kvetou ve vesmíru“. Hodinky NASA. Citováno 20. ledna 2016.
  22. ^ A b C „0102081 - Růst rostlin / fototropismus rostlin - Skylab Student Experiment ED-61/62“. NASA. Archivovány od originál dne 17. března 2016. Citováno 13. února 2019.
  23. ^ „SP-401 Skylab, Učebna ve vesmíru - Kapitola 5: Vývoj embrya ve vesmíru“. Historie NASA. Citováno 13. února 2019.
  24. ^ „Systém produkce zeleniny“. NASA. Citováno 13. února 2019.
  25. ^ A b Regan, Rebecca (16. října 2012). „Vyšetřování stanic za účelem testování zkušeností s čerstvými potravinami“. NASA. Citováno 23. ledna 2016.
  26. ^ Kluger, Jeffrey (10. srpna 2015). „Proč salát ve věcech vesmíru“. Čas.
  27. ^ Bauman, Joe (16. června 2003). „Experiment USU živí mozky astronautů, chuťové pohárky“. Deseret News. Laboratoř vesmírné dynamiky.
  28. ^ „17. – 26. Června - Deník vesmírné cukety“. Dopisy Zemi: Astronaut Don Pettit (blogy NASA). 29. června 2012. Citováno 20. ledna 2016.
  29. ^ Kooser, Amanda (18. ledna 2016). "Hle, první květina kvete ve vesmíru, veselá cínie". CNET.
  30. ^ A b C d Herridge, Linda (2. března 2017). „Nové stanoviště rostlin zvýší úrodu na Mezinárodní vesmírné stanici“. NASA. Citováno 11. května 2018.
  31. ^ „Experimenty růstu rostlin s nulovou gravitací dodané vesmírné stanici“. EurekAlert. 18. prosince 2017. Citováno 11. května 2018.
  32. ^ A b C d „Stav vesmírné stanice NASA na oběžné dráze 6. února 2018 - Oslava 10 let Columbusova modulu ESA“. SpaceRef. Citováno 8. února 2018.
  33. ^ „NASA - Veggie PONDS“. NASA. Citováno 13. února 2019.
  34. ^ Vandenbrink, Joshua P .; Herranz, Raul; Medina, F. Javier; Edelmann, Richard E .; Kiss, John Z. (1. prosince 2016). „V kořenech Arabidopsis thaliana v mikrogravitaci byla odhalena nová fototropní reakce na modré světlo“. Planta. 244 (6): 1201–1215. doi:10.1007 / s00425-016-2581-8. ISSN  1432-2048. PMC  5748516. PMID  27507239.
  35. ^ A b Kovo, Yael (11. května 2017). „Seedling Growth-3 (SpaceX-11)“. NASA. Citováno 26. října 2020.
  36. ^ „Odvážně růst“. Výzkumný časopis UNCG. Citováno 26. října 2020.
  37. ^ Herridge, Linda (2. prosince 2020). „Astronauti sklízejí první plodinu ředkvičky na Mezinárodní vesmírné stanici“. NASA. Citováno 6. prosince 2020.
  38. ^ A b David, Leonard (22. května 2018). „Comsat zahájil podporu čínských snů o přistání na odvrácené straně Měsíce“. Scientific American. Archivovány od originál dne 29. listopadu 2018.
  39. ^ Tayag, Yasmin (2. ledna 2019). „Čína se chystá vyložit živá vejce na odvrácené straně Měsíce“. Inverzní.
  40. ^ Rincon, Paul (2. ledna 2019). „Chang'e-4: Čínská mise připravena k přistání na opačné straně Měsíce“. BBC novinky.
  41. ^ A b C d E Zimmerman, Robert (září 2003). "Potíže růstu". Air & Space Magazine. Citováno 13. února 2019.
  42. ^ Griffin, Amanda (17. února 2017). „Záplata na zelí: Pátá plodina sklizená na palubě vesmírné stanice“. NASA. Citováno 28. března 2017.
  43. ^ „NASA - Komora pro růst rostlin“. NASA. Citováno 13. února 2019.
  44. ^ Dean, James (29. prosince 2015). „Vesmírné květiny ISS možná budou potřebovat pomoc od Marťana'". Florida dnes. Citováno 19. dubna 2017.
  45. ^ Smith, Steve (10. srpna 2015). "'Neuvěřitelný „červený římský salát, který byl vypěstován na palubě Mezinárodní vesmírné stanice a který bude testován astronauty“. Lékařské denně. Puls. Citováno 19. dubna 2017.
  46. ^ Salmi, Mari L .; Roux, Stanley J. (1. prosince 2008). „Změny genové exprese vyvolané letem do vesmíru v jednotlivých buňkách kapradiny Ceratopteris richardii“. Planta. 229 (1): 151–159. doi:10.1007 / s00425-008-0817-r. PMID  18807069.
  47. ^ „NASA - Advanced Plant Habitat“. NASA. Citováno 13. února 2019.
  48. ^ Phillips, Tony (6. května 2013). „Zářivé rostliny na ISS“. Věda NASA. Citováno 13. února 2019.
  49. ^ „Encyclopedia Astronautica Index: 1“. Astronautix.com. Citováno 13. února 2019.
  50. ^ „Signalizace zařízení (STS-135)“. Archivovány od originál dne 16. února 2013.
  51. ^ Shimazu T, Aizawa S (1999). „Vesmírné experimenty STS-95 (rostliny a buněčná biologie)“. Biol Sci Space. 13 (1): 25–32. doi:10.2187 / bss.13.25. PMID  11542477.
  52. ^ Nový vesmírný „botanik“ NASA dorazí na místo spuštění. NASA. 17. dubna 2018.
  53. ^ ECOSTRESS - Domovská stránka NASA.
  54. ^ „Reakce a využití mechů ve vesmíru na životní prostředí - kosmický mech“. NASA. Citováno 25. července 2019.


externí odkazy