Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

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

Рост растений в космосе вызвал большой научный интерес. [1] В конце 20-го и начале 21-го века растения часто отправляли в космос на низкой околоземной орбите для выращивания в невесомой, но находящейся под давлением контролируемой среде, иногда называемой космическими садами. [1] В контексте пилотируемых космических полетов их можно употреблять в пищу и / или обеспечивать освежающую атмосферу. [2] Растения могут метаболизировать углекислый газ в воздухе, чтобы производить ценный кислород, 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 завезенные в космос растения представляют в основном научный интерес, с ограниченным вкладом в функциональность космического корабля, однако проект лунного дерева Аполлона был более или менее вдохновлен лесными работами, а деревья - частью празднования двухсотлетия страны.

Первая проблема при выращивании растений в космосе - это заставить растения расти без гравитации. [4] Здесь возникают трудности, связанные с влиянием силы тяжести на развитие корней, обеспечением подходящих 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 устройстве для выращивания растений 5-й урожай китайской капусты ( Brassica rapa ) включал в себя выделение для потребления экипажем, а остальное было сохранено для изучения. [8] Ранним обсуждением растений в космосе были деревья на космической станции " Кирпичная луна " в рассказе 1869 года " Кирпичная луна ". [9]

История [ править ]

Внутренний вид космической среды обитания цилиндров О'Нила , показывающий чередующиеся полосы 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 Международной космической станции было проведено 20 экспериментов по выращиванию растений . [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 проверил движение проростков на борту космического корабля " Колумбия" в 1983 году. Движение проростков подсолнечника было зарегистрировано на орбите. Они заметили, что сеянцы по-прежнему росли во вращении и кружили, несмотря на отсутствие 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 миниатюрная оранжерея , ученые на борту Международной космической станции могут исследовать, как растения реагируют в условиях переменной силы тяжести. В эксперименте Gravi-1 (2008 г.) использовалась EMCS для изучения роста проростков чечевицы и движения амилопластов по кальций-зависимым путям. [13] Результаты этого эксперимента показали, что растения могут 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 из таких экспериментов Канадского космического агентства , например, показал, что саженцы белой ели росли в антигравитационной космической среде иначе, чем саженцы, привязанные к Земле; [16] космические сеянцы продемонстрировали усиленный рост из побегов и хвои, а также имели рандомизированное распределение амилопластов по сравнению с контрольной группой, связанной с Землей. [17]

Первые попытки [ править ]

Первыми организмами в космосе были «специально разработанные штаммы семян», запущенные на расстояние 134 км (83 мили) 9 июля 1946 года на американской ракете Фау-2 . Эти образцы не были восстановлены. Первыми семенами, запущенными в космос и успешно восстановленными, были семена кукурузы, запущенные 30 июля 1946 года. Вскоре последовали рожь и хлопок . Эти ранние суборбитальные биологические эксперименты проводились Гарвардским университетом и Военно-морской исследовательской лабораторией и касались радиационного воздействия на живые ткани. [18] В 1971 г. было получено 500 семян деревьев ( сосна лоблолли , платан ,Sweetgum , Redwood и Douglas fir ) были облетены вокруг Луны на Аполлоне-14 . Эти лунные деревья были посажены и выращены с помощью средств управления еще на Земле, где не было обнаружено никаких изменений.

Эпоха космической станции [ править ]

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

В 1982 году экипаж советской космической станции Салют-7 провел эксперимент, подготовленный литовскими учеными ( Альфонсас Меркис и др.), И вырастил несколько арабидопсисов с помощью экспериментальной микротеплицы Фитон-3, став, таким образом, первыми растениями, которые зацвели и дали урожай. семена в космосе. [20] [21] В эксперименте Skylab изучалось влияние силы тяжести и света на рисовые растения. [22] [23] Svet-2 Space Теплица успешно достигнуты семена для выращивания растений семян в 1997 году на борту космической станции Мира . [3] Бион 5 перенесенDaucus carota и Bion 7 были носителями кукурузы (иначе кукурузы).

Исследования растений продолжались на Международной космической станции . Система производства биомассы использовалась в 4-й экспедиции МКС . Система производства овощей (Veggie) позже была использована на борту МКС. [24] Растения, протестированные в Veggie перед полетом в космос, включали салат, мангольд, редис, китайскую капусту и горох. [25] Красный салат Ромейн выращивали в космосе во время 40-й экспедиции , собирали, когда созревали, замораживали и тестировали на Земле. Участники 44-й экспедиции 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 году на борту МКС под наблюдением астронавта НАСА Дональда Петтита зацвел подсолнух . [28] В январе 2016 года американские астронавты объявили, что на борту МКС зацвела цинния . [29]

В 2017 году для МКС была разработана система Advanced Plant Habitat , 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 от этой системы состоит в том, что APH спроектирована таким образом, чтобы не требовать меньшего ухода со стороны людей. [30] APH поддерживается диспетчером 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] В настоящее время протестированы культуры: капуста , салат и мизуна . [32] В 2018 году была протестирована система PONDS для доставки питательных веществ в условиях микрогравитации. [33]

В декабре 2018 года Немецкий аэрокосмический центр запустил спутник EuCROPIS на низкую околоземную орбиту. Эта миссия включает две теплицы, предназначенные для выращивания томатов в условиях имитации гравитации сначала Луны, а затем Марса (по 6 месяцев каждая), используя побочные продукты присутствия человека в космосе в качестве источника питательных веществ. [ необходима цитата ] [ требуется обновление ]

Серия экспериментов по выращиванию рассады для изучения механизмов тропизмов и клеток / цикла была проведена на МКС в период с 2013 по 2017 год. [34] [35] Эти эксперименты также включали использование модельного растения Arabidopsis thaliana и были результатом сотрудничества NASA. ( Джон З. Кисс в роли PI) и ESA (Ф. Хавьер Медина в роли PI). [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. [ править ]

Лунный спускаемый аппарат Chang'e 4 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 были включены семена картофеля, томатов и Arabidopsis thaliana (цветущее растение), а также яйца тутового шелкопряда . Они стали [ править ] Первые растения , выращенные на Луне . Экологические системы сохранят контейнер гостеприимным и земным, за исключением низкой лунной гравитации. [39] Если яйца вылупятся, личинки будут производить углекислый газ, а проросшие растения будут выделять кислород посредством фотосинтеза.. 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] [ требуется обновление ]

Растения, выращенные в космосе [ править ]

Салат, выращенный в космосе на борту МКС

К растениям, выращиваемым в космосе, относятся:

  • Арабидопсис (Thale cress) [4] [41]
  • Бок-чой (Токио Бекана) ( пекинская капуста ) [42]
  • Суперкарликовая пшеница [3]
  • Апогейная пшеница [3]
  • Brassica rapa [3]
  • Рис [22]
  • Тюльпаны [41]
  • Каланхоэ [41]
  • Лен [41]
  • Лук , горох , редис , салат , пшеница , чеснок , огурцы , петрушка , картофель и укроп [41]
  • Салат-латук и коричный базилик [43]
  • Капуста [32]
  • Zinnia hybrida (вариация "Profusion") [44]
  • Салат мизуна [1]
  • Красный салат ромэн ("Outredgeous" var.) [45]
  • Подсолнечник [19]
  • Ceratopteris richardii [46]

Эксперименты [ править ]

Иллюстрация растений, растущих на гипотетической базе Марса.

Некоторые эксперименты с участием растений включают:

  • Среда обитания передовых растений [47]
  • Спутники Bion
  • Система производства биомассы на борту МКС
  • Система производства овощей (Veggie) на борту МКС . [25]
  • СВЕТ [3]
  • СВЕТ-2 на борту 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 Skylab [22]
  • Установка для выращивания растений Oasis [49]
  • Заводская сигнализация ( STS-135 ) [50]
  • Эксперимент по выращиванию растений ( STS-95 ) [51]
  • Исследование чистого воздуха НАСА
  • ЭКОСТРЕСС , 2018 [52] [53]
  • Лунный посадочный модуль Chang'e 4 "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 условиях микрогравитации. Этот эксперимент стартует на CRS-18 25 июля 2019 года и будет проводиться на борту МКС. [54]

См. Также [ править ]

  • Астроботаника
  • Биоастронавтика
  • Биолаб (Стойка с полезной нагрузкой в лаборатории Колумбуса Международной космической станции)
  • Бион
  • БИОПАН
  • Биоспутниковая программа (серия спутников и экспериментов по космической биологии)
  • Эндолит (долгоживущие микроорганизмы, живущие внутри горных пород)
  • EXPOSE (эксперимент МКС, в котором тестировались организмы на НОО)
  • Список микроорганизмов, испытанных в космическом пространстве
  • Лунное дерево (деревья, выращенные из космических семян)
  • O / OREOS ( орбитальные Halorubrum chaoviatoris и Bacillus subtilis )
  • Космическая еда (растения также являются компонентом пищи космонавтов)
  • Терраформирование
  • Марсианин , американский научно-фантастический фильм 2015 года, в котором картофель выращивают на Марсе.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f "НАСА - выращивание растений и овощей в космическом саду" . НАСА. 15 июня 2010 . Проверено 13 февраля 2019 .
  2. ↑ Wild, Flint (24 июня 2013 г.). «Растения в космосе» . НАСА . Проверено 13 февраля 2019 .
  3. ^ a b c d e f g h Т. Иванова; и другие. "Первый успешный эксперимент по выращиванию растений из семян в семена в космической теплице SVET-2 в 1997 году" (PDF) . Space.bas.bg . Проверено 13 февраля 2019 .
  4. ^ a b «К истокам роста растений на борту космической станции» . НАСА . 7 июня 2013 . Проверено 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. Bibcode : 2010AdSpR..46.1257M . DOI : 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. Bibcode : 2010P & SS ... 58.1996M . DOI : 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 . Проверено 23 января 2016 года .
  8. ^ Heiney, Анна (17 февраля 2017). «Кочанная капуста: пятый урожай, собранный на борту космической станции» . НАСА . Дата обращения 11 мая 2018 .
  9. ^ "The Atlantic Monthly" . En.wikisource.org . Проверено 13 февраля 2019 .
  10. ^ a b Рейни, Кристина (2 марта 2015 г.). «Veggie расширит производство свежих продуктов на космической станции» . НАСА . Проверено 13 февраля 2019 .
  11. ^ Chamovitz, Daniel (2012). Что знает растение: полевой справочник чувств (1-е изд.). Нью-Йорк: Scientific American / Farrar, Straus and Giroux. ISBN 978-0-374-28873-0.
  12. ↑ Jost, Ann-Iren Kittang; Хосон, Такаяки; Иверсен, Тор-Хеннинг (20 января 2015 г.). «Использование растений на Международной космической станции - состав, рост и развитие клеточных стенок растений в условиях микрогравитации» . Растения . 4 (1): 44–62. DOI : 10,3390 / plants4010044 . ISSN 2223-7747 . PMC 4844336 . PMID 27135317 .   
  13. ^ Driss-Ecole, 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. DOI : 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 растениями - 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 : 2015LSSR .... 4 ... 67R . DOI : 10.1016 / j.lssr.2015.01.004 . PMID 26177622 . 
  18. ^ Beischer, DE; Fregly, AR (1962). «Животные и человек в космосе. Хронология и аннотированная библиография до 1960 года» . Военно-морская школа авиационной медицины США . ОНР ТР АКР-64 (AD0272581) . Проверено 14 июня 2011 года .
  19. ^ a b "Photo-iss038e000734" . НАСА . Проверено 13 февраля 2019 .
  20. ^ "Первый вид растений, чтобы зацвести в космосе" . Книга рекордов Гиннеса . Проверено 20 января +2016 .
  21. ^ Запугав, Кит (16 января 2016). «Нет НАСА, это не первые растения, цветущие в космосе» . НАСА Watch . Проверено 20 января +2016 .
  22. ^ a b c "0102081 - Рост растений / Фототропизм растений - Студенческий эксперимент Skylab ED-61/62" . НАСА . Архивировано из оригинального 17 марта 2016 года . Проверено 13 февраля 2019 .
  23. ^ "SP-401 Skylab, Класс в космосе - Глава 5: Развитие эмбриона в космосе" . История НАСА . Проверено 13 февраля 2019 .
  24. ^ "Система производства овощей" . НАСА . Проверено 13 февраля 2019 .
  25. ^ a b Риган, Ребекка (16 октября 2012 г.). «Исследование станции для проверки опыта свежих продуктов» . НАСА . Проверено 23 января 2016 года .
  26. Рианна Клугер, Джеффри (10 августа 2015 г.). «Почему салат в космосе имеет значение» . Время .
  27. ↑ Бауман, Джо (16 июня 2003 г.). «Эксперимент УрГУ питает умы космонавтов, вкусовые рецепторы» . Deseret News . Лаборатория космической динамики.
  28. ↑ «17–26 июня - Дневник космического кабачка» . Письма на Землю: астронавт Дон Петтит (Блоги НАСА) . 29 июня 2012 . Проверено 20 января +2016 .
  29. ^ Kooser, Аманда (18 января 2016). «Вот первый цветок, распустившийся в космосе, веселая цинния» . CNET .
  30. ^ a b c d Херридж, Линда (2 марта 2017 г.). «Новая среда обитания растений увеличит урожай на Международной космической станции» . НАСА . Дата обращения 11 мая 2018 .
  31. ^ "Эксперименты по выращиванию растений в невесомости, доставленные на космическую станцию" . EurekAlert . 18 декабря 2017 . Дата обращения 11 мая 2018 .
  32. ^ a b c d «Статус космической станции НАСА на орбите, 6 февраля 2018 г. - празднование 10-летия модуля ЕКА« Колумбус »» . SpaceRef . Проверено 8 февраля 2018 .
  33. ^ «НАСА - ВЕГИ-ПРУДЫ» . НАСА . Проверено 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. DOI : 10.1007 / s00425-016-2581-8 . ISSN 1432-2048 . PMC 5748516 . PMID 27507239 .   
  35. ^ a b Ково, Яэль (11 мая 2017 г.). «Росток рассады-3 (SpaceX-11)» . НАСА . Проверено 26 октября 2020 года .
  36. ^ «Смело расти» . Журнал исследований UNCG . Проверено 26 октября 2020 года .
  37. ^ Herridge, Линда (2 декабря 2020). "Астронавты собирают первый урожай редиса на Международной космической станции" . НАСА . Дата обращения 6 декабря 2020 .
  38. ^ a b Дэвид, Леонард (22 мая 2018 г.). «Запуск Comsat подкрепляет мечты Китая о высадке на обратной стороне Луны» . Scientific American . Архивировано из оригинального 29 ноября 2018 года.
  39. ^ Tayag, Yasmin (2 января 2019). "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» . BBC News .
  41. ^ a b c d e Циммерман, Роберт (сентябрь 2003 г.). «Боли роста» . Журнал Air & Space . Проверено 13 февраля 2019 .
  42. Рианна Гриффин, Аманда (17 февраля 2017 г.). «Кочанная капуста: пятый урожай, собранный на борту космической станции» . НАСА . Проверено 28 марта 2017 года .
  43. ^ «НАСА - камера для выращивания растений» . НАСА . Проверено 13 февраля 2019 .
  44. ↑ Дин, Джеймс (29 декабря 2015 г.). «Космическим цветам МКС может понадобиться помощь« Марсианина » » . Флорида сегодня . Проверено 19 апреля 2017 года .
  45. ^ Смит, Стив (10 августа 2015 г.). « „ Outredgeous“Красный латук, выращенный на борту Международной космической станции, которая должна быть Taste-Испытано астронавтами» . Медицинский ежедневник . Пульс . Проверено 19 апреля 2017 года .
  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. DOI : 10.1007 / s00425-008-0817-у . PMID 18807069 . S2CID 30624362 .  
  47. ^ "НАСА - среда обитания современных растений" . НАСА . Проверено 13 февраля 2019 .
  48. ↑ Филлипс, Тони (6 мая 2013 г.). «Светящиеся в темноте растения на МКС» . НАСА Наука . Проверено 13 февраля 2019 .
  49. ^ «Индекс энциклопедии астронавтики: 1» . Astronautix.com . Проверено 13 февраля 2019 .
  50. ^ "Заводская сигнализация (STS-135)" . Архивировано из оригинального 16 февраля 2013 года .
  51. Перейти ↑ Shimazu T, Aizawa S (1999). «Космические эксперименты СТС-95 (растения и клеточная биология)» . Biol Sci Space . 13 (1): 25–32. DOI : 10,2187 / bss.13.25 . PMID 11542477 . 
  52. ^ Новый космический «ботаник» НАСА прибывает на стартовую площадку . НАСА. 17 апреля 2018.
  53. ^ ECOSTRESS - Домашний веб-сайт НАСА.
  54. ^ "Экологическая реакция и использование мхов в космосе - космический мох" . НАСА . Проверено 25 июля 2019 .


Внешние ссылки [ править ]

  • Растения в космических проектах
  • STS-118 Рост растений
  • Теплицы для Марса
  • Солнечный свет на Марсе: достаточно ли света на Марсе для выращивания помидоров?
  • Отмеченный наградами сад Марса
  • Биология растений при низком атмосферном давлении для поддержки околоземных, лунных или марсианских установок для выращивания растений
  • Как растения узнают, какая дорога вверх