Растения в космосе - Plants in space - Wikipedia

Цветок циннии, плавающий внутри МКС, Земля на заднем плане
Цинния цветет на борту орбитальной космической станции

Рост растения в космическое пространство вызвало большой научный интерес.[1] В конце 20-го и начале 21-го века растения часто отправляли в космос на низкой околоземной орбите, чтобы выращивать в невесомой, но находящейся под давлением контролируемой среде, иногда называемой космическими садами.[1] В контексте полета человека в космос их можно употреблять в пищу и / или обеспечивать освежающую атмосферу.[2] Растения могут метаболизировать углекислый газ в воздухе для производства ценного кислорода и могут помочь контролировать влажность в салоне.[3] Выращивание растений в космосе может принести психологическую пользу экипажам космических полетов.[3] Обычно растения были частью исследований или технических разработок для дальнейшего развития космических садов или проведения научных экспериментов.[1] На сегодняшний день заводы, запущенные в космос, представляют в основном научный интерес, с ограниченным вкладом в функциональность космического корабля, однако Аполлон Лунное дерево Проект был более или менее вдохновлен лесным хозяйством, а деревья - частью празднования двухсотлетия страны.

Первая проблема при выращивании растений в космосе - это заставить растения расти без гравитации.[4] Это сталкивается с трудностями, связанными с влиянием силы тяжести на развитие корней, обеспечением соответствующих типов освещения и другими проблемами. В частности, снабжение корнями питательными веществами, а также биогеохимические циклы питательных веществ и микробиологические взаимодействия в почвенных субстратах особенно сложны, но, как было показано, делают возможным космическое земледелие в условиях гипо- и микрогравитации.[5][6]

НАСА планирует выращивать растения в космосе, чтобы накормить астронавтов и обеспечить психологические преимущества при длительных космических полетах.[7] В 2017 году на борту МКС в одном аппарате для выращивания растений 5 урожай китайская капуста (Brassica rapa) от него был отведен для потребления экипажем, а остальное было отложено для изучения.[8] Одно из первых обсуждений космических растений - деревья на космической станции из кирпича Луны в рассказе 1869 года "Кирпичная луна ".[9]

История

Внутренний вид Цилиндр О'Нила космическая среда обитания, показывая чередование полос земли и окон.
Обсуждается система производства овощей для МКС

В 2010-х годах возросла потребность в длительных космических полетах, что привело к желанию выращивать в космосе растения в качестве пищи для космонавтов.[10] Примером этого является выращивание овощей на Международной космической станции на околоземной орбите.[10] К 2010 году на борту лайнера было проведено 20 экспериментов по выращиванию растений. Международная космическая станция.[1]

Несколько экспериментов были сосредоточены на том, как сравнивать рост и распространение растений в условиях микрогравитации, в космических условиях и на Земле. Это позволяет ученым исследовать, являются ли определенные модели роста растений врожденными или обусловленными окружающей средой. Например, Аллан Х. Браун протестировал перемещение рассады на борту судна. Космический шатл Колумбия в 1983 году. Движение проростков подсолнечника было зафиксировано на орбите. Они заметили, что сеянцы по-прежнему росли во вращении и кружили, несмотря на недостаток силы тяжести, показывая, что такое поведение является инстинктивным.[11]

Другие эксперименты показали, что растения обладают способностью проявлять гравитропизм, даже в условиях низкой гравитации. Например, Европейская модульная система выращивания ЕКА[12] позволяет экспериментировать с ростом растений; действуя как миниатюра теплица, ученые на борту Международная космическая станция может исследовать, как растения реагируют в условиях переменной силы тяжести. Эксперимент Gravi-1 (2008) использовал EMCS для изучения чечевица рост проростков и движение амилопластов по кальций-зависимым путям.[13] Результаты этого эксперимента показали, что растения могли чувствовать направление силы тяжести даже на очень низких уровнях.[14] Более поздний эксперимент с EMCS поместил 768 проростков чечевицы в центрифугу, чтобы стимулировать различные гравитационные изменения; Этот эксперимент, Gravi-2 (2014), показал, что растения изменяют кальциевую сигнализацию в сторону роста корней при выращивании при нескольких уровнях силы тяжести.[15]

Во многих экспериментах используется более общий подход к наблюдению за общими моделями роста растений в отличие от одного конкретного поведения роста. Один такой эксперимент из Канадское космическое агентство, например, обнаружил, что белая ель саженцы росли в антигравитационной космической среде иначе, чем саженцы, привязанные к Земле;[16] космические сеянцы показали усиленный рост из побегов и хвои, а также были рандомизированы амилопласт распределение по сравнению с наземной контрольной группой.[17]

Ранние усилия

Первыми организмами в космосе были «специально разработанные сорта семян», запущенные на расстояние 134 км (83 мили) 9 июля 1946 года по американскому запуску. Ракета Фау-2. Эти образцы не были восстановлены. Первые семена, запущенные в космос и успешно восстановленные, были кукуруза семена запущены 30 июля 1946 г. Вскоре последовали рожь и хлопок. Эти ранние суборбитальный биологические эксперименты проводились Гарвардский университет и Лаборатория военно-морских исследований и были озабочены облучение на живой ткани.[18] В 1971 г. - 500 семян деревьев (Лоблольская сосна, Платан, Sweetgum, Redwood, и Пихта Дугласа ) облетели Луну на Аполлон 14. Эти Лунные деревья были посажены и выращены на Земле, где не было обнаружено никаких изменений.

Эра космической станции

Салат Mizuna, похожий на рукколу, выращиваемый для Veg-03
Молодое растение подсолнечника на борту МКС[19]

В 1982 году экипаж Советский Салют 7 космическая станция провела эксперимент, подготовленный литовскими учеными (Альфонсас Меркис и другие), и выросли некоторые Арабидопсис с использованием экспериментального микроперлицового аппарата Фитон-3, став, таким образом, первыми растениями, которые зацвели и дали семена в космосе.[20][21] А Скайлаб В эксперименте изучалось влияние гравитации и света на рис растения.[22][23] В СВЕТ-2 В 1997 году Space Greenhouse успешно вырастила семена растений на борту космической станции. Мир.[3] Бион 5 унесенный Daucus carota и Бион 7 унесенный кукуруза (он же кукуруза).

Исследования растений продолжались на Международная космическая станция. Система производства биомассы использовалась на МКС Экспедиция 4. В Система производства овощей Система (Veggie) позже была использована на борту МКС.[24] Перед полетом в космос в Veggie были испытаны такие растения, как салат, мангольд, редис, китайская капуста и горох.[25] красный салат ромэн был выращен в космосе на Экспедиция 40 которые были собраны в зрелом возрасте, заморожены и испытаны на Земле. Экспедиция 44 участники стали первыми американскими астронавтами, которые съели растения, выращенные в космосе 10 августа 2015 года, когда был собран урожай красного ромена.[26] С 2003 года российские космонавты едят половину урожая, а другая половина идет на дальнейшие исследования.[27] В 2012 г. подсолнечник расцвела на борту МКС под присмотром астронавта НАСА Дональд Петтит.[28] В январе 2016 года астронавты США объявили, что цинния расцвела на борту МКС.[29]

В 2017 г. Среда обитания передовых растений был разработан для МКС, которая представляла собой почти самоподдерживающуюся систему выращивания растений для этой космической станции на низкой околоземной орбите.[30] Система устанавливается параллельно с другой системой выращивания растений на борту станции, VEGGIE, и главное отличие этой системы состоит в том, что APH спроектирована таким образом, чтобы не требовать меньшего ухода со стороны людей.[30] APH поддерживается Менеджер реального времени Plant Habitat Avionics.[30] Некоторые растения, которые должны были быть протестированы в APH, включают карликовую пшеницу и арабидопсис.[30] В декабре 2017 года на ISS были доставлены сотни семян для выращивания в системе VEGGIE.[31]

В 2018 году эксперимент Veggie-3 на МКС проводился с подушками для растений и корневыми матами.[32] Одна из целей - выращивать пищу для потребления экипажем.[32] Культуры, протестированные в настоящее время, включают капуста, латук, и Mizuna.[32] В 2018 году была протестирована система доставки питательных веществ PONDS в условиях микрогравитации.[33]

В декабре 2018 г. Немецкий аэрокосмический центр запустил ЕвКропис спутник на низкую околоземную орбиту. Эта миссия включает две теплицы, предназначенные для выращивания томатов под смоделированная гравитация первого Луна а потом Марс (6 месяцев каждый) с использованием побочных продуктов присутствия человека в космосе в качестве источника питательных веществ.[нужна цитата ][нуждается в обновлении ]

В период с 2013 по 2017 год на МКС была проведена серия экспериментов по выращиванию рассады по изучению механизмов тропизмов и клеток / цикла.[34][35] Эти эксперименты также включали использование модельного растения Arabidopsis thaliana и были результатом сотрудничества между НАСА (Джон З. Кисс как ИП) и ESA (Ф. Хавьер Медина как ИП).[36][35]

30 ноября 2020 года космонавты на борту МКС собрали первый урожай редиса, выращенного на станции. Всего было собрано и подготовлено к транспортировке на Землю 20 растений. В настоящее время планируется повторить эксперимент и вырастить вторую партию.[37]

Лунная поверхность - с 2019 г.

Чанъэ 4 Лунный посадочный модуль в январе 2019 года нес 3-килограммовую (6,6 фунта) герметичную «биосферу» с семенами и яйцами насекомых, чтобы проверить, могут ли растения и насекомые вылупляться и расти вместе в синергии.[38] В эксперимент включены семена картофеля, помидоров и Arabidopsis thaliana (цветущее растение), а также тутовый шелкопряд яйца. Они стали[нужна цитата ] первые растения, выращенные на Луна. Экологические системы сохранят контейнер гостеприимным и земным, за исключением низкой лунной гравитации.[39] Если яйца вылупятся, личинки будут выделять углекислый газ, а проросшие растения будут выделять кислород через фотосинтез. Есть надежда, что вместе растения и тутовые шелкопряды смогут создать простую синергию внутри контейнера. Миниатюрный фотоаппарат сфотографирует любой рост. Биологический эксперимент был разработан 28 китайскими университетами.[40][нуждается в обновлении ]

Растения, выращенные в космосе

Салат, выращенный в космосе на борту МКС

К растениям, выращиваемым в космосе, относятся:

Эксперименты

Иллюстрация растений, растущих на гипотетической базе Марса.

Некоторые эксперименты с участием растений включают:

  • Среда обитания передовых растений[47]
  • Бион спутники
  • Система производства биомассы на борту МКС
  • Система производства овощей (Veggie) на борту МКС.[25]
  • СВЕТ[3]
  • СВЕТ-2, борт Мир.[3]
  • Теплица Lada (также известная как Lada Validating Vegetable Production Unit)[1]
  • ADVASC
  • TAGES, на борту МКС.[48]
  • Рост растений / Фототропизм растений на борту Скайлаб[22]
  • Установка для выращивания растений Oasis[49]
  • Сигнализация растений (СТС-135 )[50]
  • Эксперимент по выращиванию растений (СТС-95 )[51]
  • Исследование чистого воздуха НАСА
  • ЭКОСТРЕСС, 2018[52][53]
  • Чанъэ 4 лунный посадочный модуль «биосфера» с семенами и яйцами насекомых, чтобы проверить, могут ли растения и насекомые вылупляться и расти вместе в синергии.[38]
  • SpaceMoss, эксперимент НАСА, изучающий рост мха Physcomitrella patens в микрогравитации. Этот эксперимент стартует на CRS-18 25 июля 2019 года и будет проводиться на борту МКС.[54]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж «НАСА - выращивание растений и овощей в космическом саду». НАСА. 15 июня 2010 г.. Получено 13 февраля 2019.
  2. ^ Уайлд, Флинт (24 июня 2013 г.). «Растения в космосе». НАСА. Получено 13 февраля 2019.
  3. ^ а б c d е ж грамм час Т. Иванова; и другие. "Первый успешный эксперимент по выращиванию растений из космоса в семена в космической теплице СВЭТ-2 в 1997 году" (PDF). Space.bas.bg. Получено 13 февраля 2019.
  4. ^ а б "К истокам роста растений на космической станции". НАСА. 7 июня 2013 г.. Получено 13 февраля 2019.
  5. ^ Магги, Федерико; Паллуд, Селин (2010). «Марсианское базовое сельское хозяйство: влияние низкой гравитации на поток воды, круговорот питательных веществ и динамику микробной биомассы». Успехи в космических исследованиях. 46 (10): 1257–1265. Дои:10.1016 / j.asr.2010.07.012. ISSN  0273-1177.
  6. ^ Магги, Федерико; Паллуд, Селин (2010). «Космическое сельское хозяйство в условиях микрогравитации и гипогравитации: сравнительное исследование гидравлики и биогеохимии почвы в сельскохозяйственной единице на Земле, Марсе, Луне и космической станции». Планетарная и космическая наука. 58 (14–15): 1996–2007. Дои:10.1016 / j.pss.2010.09.025. ISSN  0032-0633.
  7. ^ Рейни, Кристина (7 августа 2015 г.). «Члены экипажа пробуют зелень, выращенную на космической станции». НАСА. Получено 23 января 2016.
  8. ^ Хейни, Анна (17 февраля 2017 г.). "Кочанная капуста: пятый урожай, собранный на космической станции". НАСА. Получено 11 мая 2018.
  9. ^ "The Atlantic Monthly". En.wikisource.org. Получено 13 февраля 2019.
  10. ^ а б Рейни, Кристина (2 марта 2015 г.). "Veggie расширит производство свежих продуктов на космической станции". НАСА. Получено 13 февраля 2019.
  11. ^ Чамовиц, Даниэль (2012). Что знает растение: полевой путеводитель по чувствам (1-е изд.). Нью-Йорк: Scientific American / Farrar, Straus and Giroux. ISBN  978-0-374-28873-0.
  12. ^ Йост, Анн-Ирен Киттанг; Хосон, Такаяки; Иверсен, Тор-Хеннинг (20 января 2015 г.). «Использование оборудования для растений на Международной космической станции - состав, рост и развитие клеточных стенок растений в условиях микрогравитации». Растения. 4 (1): 44–62. Дои:10.3390 / растения4010044. ISSN  2223-7747. ЧВК  4844336. PMID  27135317.
  13. ^ Дрисс-Эколь, Доминик; Леге, Валери; Карнеро-Диас, Эжени; Пербаль, Жеральд (1 сентября 2008 г.). «Гравизочувствительность и автоморфогенез корней проростков чечевицы, выращенных на борту Международной космической станции». Physiologia Plantarum. 134 (1): 191–201. Дои:10.1111 / j.1399-3054.2008.01121.x. ISSN  1399-3054. PMID  18429941.
  14. ^ «Научные цели». Lensesinspace.wordpress.com. 28 марта 2014 г.
  15. ^ Европейское космическое агентство (5 июля 2016 г.). «Десятилетие биологии растений в космосе». Phys.org.
  16. ^ "Продвинутый эксперимент с установкой - Канадское космическое агентство 2 (APEX-CSA2)". НАСА.
  17. ^ Риу, Дэнни; Лагасе, Мари; Cohen, Luchino Y .; Болье, Жан (1 января 2015 г.). «Изменение морфологии стебля и движение амилопластов у белой ели, выращенной в условиях невесомости на Международной космической станции». Науки о жизни в космических исследованиях. 4: 67–78. Bibcode:2015ЛССР .... 4 ... 67р. Дои:10.1016 / j.lssr.2015.01.004. PMID  26177622.
  18. ^ Beischer, DE; Fregly, AR (1962). «Животные и человек в космосе. Хронология и аннотированная библиография по 1960 г.». Военно-морская школа авиационной медицины США. ОНР ТР АКР-64 (AD0272581). Получено 14 июн 2011.
  19. ^ а б "Photo-iss038e000734". НАСА. Получено 13 февраля 2019.
  20. ^ «Первый вид растений, зацвести в космосе». Книга Рекордов Гиннесса. Получено 20 января 2016.
  21. ^ Коуинг, Кит (16 января 2016 г.). «Нет НАСА, это не первые растения, цветущие в космосе». НАСА смотреть. Получено 20 января 2016.
  22. ^ а б c «0102081 - Рост растений / Фототропизм растений - Студенческий эксперимент Skylab ED-61/62». НАСА. Архивировано из оригинал 17 марта 2016 г.. Получено 13 февраля 2019.
  23. ^ "SP-401 Skylab, Класс в космосе - Глава 5: Развитие эмбриона в космосе". История НАСА. Получено 13 февраля 2019.
  24. ^ «Система производства овощей». НАСА. Получено 13 февраля 2019.
  25. ^ а б Риган, Ребекка (16 октября 2012 г.). «Исследование станции для проверки вкуса свежих продуктов». НАСА. Получено 23 января 2016.
  26. ^ Клугер, Джеффри (10 августа 2015 г.). "Почему салат в космосе имеет значение". Время.
  27. ^ Бауман, Джо (16 июня 2003 г.). «Эксперимент УрГУ питает умы и вкусовые рецепторы космонавтов». Deseret News. Лаборатория космической динамики.
  28. ^ «17–26 июня - Дневник космического кабачка». Письма на Землю: астронавт Дон Петтит (блоги НАСА). 29 июня 2012 г.. Получено 20 января 2016.
  29. ^ Кузер, Аманда (18 января 2016 г.). «Вот первый цветок, распустившийся в космосе, веселая цинния». CNET.
  30. ^ а б c d Херридж, Линда (2 марта 2017 г.). «Новая среда обитания растений увеличит урожай на Международной космической станции». НАСА. Получено 11 мая 2018.
  31. ^ «Эксперименты по выращиванию растений в невесомости доставлены на космическую станцию». EurekAlert. 18 декабря 2017 г.. Получено 11 мая 2018.
  32. ^ а б c d «Статус космической станции НАСА на орбите, 6 февраля 2018 г. - празднование 10-летия модуля ЕКА« Колумбус »». SpaceRef. Получено 8 февраля 2018.
  33. ^ «НАСА - ВЕГИ-ПРУДЫ». НАСА. Получено 13 февраля 2019.
  34. ^ Ванденбринк, Джошуа П .; Эрранц, Рауль; Медина, Ф. Хавьер; Эдельманн, Ричард Э .; Поцелуй, Джон З. (1 декабря 2016 г.). «Новая фототропная реакция на синий свет обнаружена в корнях Arabidopsis thaliana в условиях микрогравитации». Planta. 244 (6): 1201–1215. Дои:10.1007 / s00425-016-2581-8. ISSN  1432-2048. ЧВК  5748516. PMID  27507239.
  35. ^ а б Ково, Яэль (11 мая 2017 г.). «Росток рассады-3 (SpaceX-11)». НАСА. Получено 26 октября 2020.
  36. ^ «Смело расти». Журнал исследований UNCG. Получено 26 октября 2020.
  37. ^ Херридж, Линда (2 декабря 2020 г.). "Астронавты собрали первый урожай редиса на Международной космической станции". НАСА. Получено 6 декабря 2020.
  38. ^ а б Дэвид, Леонард (22 мая 2018 г.). «Запуск Comsat укрепляет мечты Китая о высадке на обратной стороне Луны». Scientific American. Архивировано из оригинал 29 ноября 2018 г.
  39. ^ Тайаг, Ясмин (2 января 2019 г.). «Китай собирается высадить живые яйца на обратной стороне Луны». Обратный.
  40. ^ Ринкон, Пол (2 января 2019 г.). "Чанъэ-4: миссия Китая готовится к приземлению на обратной стороне Луны". Новости BBC.
  41. ^ а б c d е Циммерман, Роберт (сентябрь 2003 г.). "Усиливающаяся боль". Журнал Air & Space. Получено 13 февраля 2019.
  42. ^ Гриффин, Аманда (17 февраля 2017 г.). "Кочанная капуста: пятый урожай, собранный на космической станции". НАСА. Получено 28 марта 2017.
  43. ^ «НАСА - камера для выращивания растений». НАСА. Получено 13 февраля 2019.
  44. ^ Дин, Джеймс (29 декабря 2015 г.). "Космическим цветам МКС может потребоваться помощь марсианина.'". Флорида сегодня. Получено 19 апреля 2017.
  45. ^ Смит, Стив (10 августа 2015 г.). "'Поразительный красный салат Ромейн, выращенный на борту Международной космической станции, будет испытан на вкус астронавтами ». Медицинский ежедневник. Пульс. Получено 19 апреля 2017.
  46. ^ Салми, Мари Л .; Ру, Стэнли Дж. (1 декабря 2008 г.). «Изменения экспрессии генов, вызванные космическим полетом в одиночных клетках папоротника Ceratopteris richardii». Planta. 229 (1): 151–159. Дои:10.1007 / s00425-008-0817-у. PMID  18807069.
  47. ^ «НАСА - среда обитания современных растений». НАСА. Получено 13 февраля 2019.
  48. ^ Филлипс, Тони (6 мая 2013 г.). «Светящиеся в темноте растения на МКС». НАСА Наука. Получено 13 февраля 2019.
  49. ^ "Индекс энциклопедии астронавтики: 1". Astronautix.com. Получено 13 февраля 2019.
  50. ^ «Станция сигнализации (СТС-135)». Архивировано из оригинал 16 февраля 2013 г.
  51. ^ Симадзу Т., Айзава С. (1999). «Космические эксперименты СТС-95 (растения и клеточная биология)». Биол Научное пространство. 13 (1): 25–32. Дои:10.2187 / bss.13.25. PMID  11542477.
  52. ^ Новый космический "ботаник" НАСА прибыл на стартовую площадку. НАСА. 17 апреля 2018.
  53. ^ ЭКОСТРЕСС - Домашний веб-сайт НАСА.
  54. ^ «Экологическая реакция и использование мхов в космосе - космический мох». НАСА. Получено 25 июля 2019.


внешняя ссылка