Noyabr ayında NASA-nın Artemis 1 missiyasının Aya buraxılması bir gün insanların ən yaxın planet qonşumuz olan Marsı ziyarət etməsinə səbəb olacaq səyahətdə daha bir addım oldu. İnsan missiyası nəhayət, çoxsaylı robot kosmik gəmilərin ardınca gedəcək, ən sonuncusu isə 2021-ci ilin fevralında Qırmızı planetə “Perseverance” roverinin enməsi olub. İnsanların Marsa səfərləri üçün həll edilməli olan bir çox texnoloji problem var. Bunlar günəş radiasiyasından və ekipajın sağlamlığından qorunmaq, o cümlədən qidalı qidanı ən yaxşı şəkildə necə təmin etməkdir. Sonuncunu öyrənən bir çox mütəxəssislərin diqqət mərkəzində və problemi dondurulmuş qurudulmuş qidaların daimi istehlakının səbəb olduğu gizli çatışmazlıqların qarşısını almaqdır. Təzə yeməyin olması açıq-aydın böyük sağlamlıq və psixoloji üstünlük olacaq və bunun üçün yolda bitki yetişdirmək və məhsul yığmaq lazımdır. Bu məqalədə müəlliflər qidalanma, tibbi və psixoloji faydalar və dərin kosmosda bitki yetişdirməyin mümkün üsulları ilə bağlı mövcud məlumatları və tədqiqatları nəzərdən keçirirlər.
NASA-ya görə, uzun kosmik uçuşlar zamanı beş əsas təhlükə yaranır: kosmik radiasiya, təcrid və qapalılıq, Yerdən məsafə, aşağı cazibə qüvvəsi və kosmik gəminin düşmən və qapalı mühiti. Canlı bitkilər və təzə yetişdirilmiş qida bunlardan üçünün dəstəklənməsində böyük rol oynaya bilər: qidalanma, tibbi ehtiyaclar və ekipaj psixologiyası.
Qidalanma
Kosmik missiyalar üçün verilən qidanın qida balansı, ekipajın uzun bir səyahəti sağlam şəkildə davam etdirməsi üçün mükəmməl şəkildə uyğunlaşdırılmalıdır.
Kosmik missiyalar üçün verilən qidanın qida balansı ekipajın uzun səyahəti sağlam şəkildə davam etdirməsi üçün mükəmməl şəkildə uyğunlaşdırılmalıdır. Yerdən tədarüklər çətin olacağından, tam olaraq düzgün pəhriz və onun dəqiq formasını müəyyən etmək kritik məqsəddir.
Əsas qida maddələrinin hər hansı çatışmazlığından qaçınmaq ən açıq problemdir və NASA tərəfindən ətraflı qida ehtiyacları tədqiq edilmişdir. Mövcud kosmik qida 'sisteminin' çoxunun çatışmazlıq olduğu sübut edilmişdir. Xüsusilə, qidanın ətraf mühitdə uzun müddət saxlanması A, B1, B6 və C vitaminlərinin deqradasiyasına səbəb olur.
Astronavtlar üçün məcmu orta çəki itkisi, hətta sərt müqavimətli məşqlə mübarizə tədbirləri ilə belə, mikroqravitasiya şəraitində 2.4 gündə 100 faiz təşkil edir. Astronavtların kalium, kalsium, D vitamini və K vitaminlərində qida çatışmazlığından əziyyət çəkdiyi də sübut edilmişdir, çünki verilən qida onların gündəlik qəbul tələblərini qarşılamağa imkan vermir.
Bitkilər təbii olaraq vitamin və mineralları ehtiva edir və təzə qidaların dərhal istehlakı saxlama problemindən qaçınacaqdır. Buna görə də onları istehlak etmək dondurulmuş qurudulmuş qidaya əla əlavə olacaqdır.
Astronavt Skott Kelli ISS-də ölmək üzrə olan kosmos zinnialarını sağlamlığa qaytardı. O, Yer kürəsinin fonunda Günbəzdəki çiçəklərdən ibarət buket şəkli çəkdirdi və şəkli 2016-cı ildə Sevgililər Günü üçün İnstaqramda paylaşdı.
Tibb
Vitamin və minerallarla yanaşı, bitkilər çoxlu müxtəlif ikincil metabolitləri sintez edir. Bu birləşmələr sağlamlıq problemlərinin qarşısını almaqda çox kömək edə bilər. Məsələn, folat DNT təmirində iştirak edir, lakin onun tələbləri uçuş günlərinin yalnız 64 faizində yerinə yetirilir. Xromosomların sonu olan telomerlərin uzun uçuşlar zamanı əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdiyi sübut olunduğundan, təzə bitkilər vasitəsilə fol turşusunun əlavə edilməsi genetik qocalmanı və xərçəng hadisələrini azaltmağa kömək edə bilər.
Digər nümunələr arasında, karotenoidlə zəngin tərəvəzlər mikroqravitasiyanın səbəb olduğu göz təhrifinin qarşısını ala bilər, qurudulmuş gavalı pəhrizi isə radiasiyanın səbəb olduğu sümük itkisinin qarşısını almağa kömək edə bilər. Bir çox bitkilərin tərkibində insan DNT-sini radiasiya nəticəsində yaranan mutasiyalardan qorumaqda böyük köməkçi ola biləcək antioksidanlar var. Bununla belə, bitki əsaslı pəhriz kifayət deyil və astronavtları radiasiyadan qorumaq üçün başqa həll yolları hazırlanmalıdır.
Psixologiya
Vitamin və minerallarla yanaşı, bitkilər çoxlu müxtəlif ikincil metabolitlər sintez edir
İzolyasiya və məsafə astronavtların psixi sağlamlığına əhəmiyyətli dərəcədə gərginlik gətirəcəyindən, yemək əhval-ruhiyyəni yüngülləşdirmək üçün ən vacib vaxtlardan biridir. Hər yeməkdə dondurulmuş qurudulmuş yemək yemək menyuda yorğunluq yaradır və astronavtlar zamanla daha az yeməyə meyllidirlər. Təzə yemək yemək bu yorğunluğu azalda bilər, ən azı forma və toxuma müxtəlifliyi təmin edir.
Ekipajın psixi sağlamlığı üçün faydalı olan başqa bir fəaliyyət bağçılıqdır. Bitkilərin yetişdirilməsinin çox faydalı təsirləri olduğu sübut edilmişdir, çünki bu, astronavtlara Yerin bir parçası ilə səyahət etmək hissi verə bilər. Bəzi araşdırmalar, ekipajın psixi sağlamlığı üçün çox vacib bir faktor ola biləcəyi üçün ən faydalı psixoloji təsirlərə malik bitkiləri tapmağa çalışdı. Məsələn, çiyələk canlılıq və özünə hörmət kimi müsbət psixoloji reaksiyaları yaxşılaşdıra, depressiya və stressi azalda bilər, keşniş isə yuxu keyfiyyətini yaxşılaşdıra bilər.
Beləliklə, bitki əsaslı kosmik əkinçilik qidalanma, psixoloji və tibbi səviyyədə maraqlıdır. Bununla belə, otağın olmaması və xüsusi artan şərait məhsulların sayını və seçimini məhdudlaşdırır.
İstifadə olunan bitkilərin faktiki seçimi araşdırılan meyarlardan və üstünlük verilən sahədən (qidalanma, psixologiya və tibb) asılı olaraq dəyişəcək. Uzun raf ömrü olan bəzi bitkilər, məsələn, buğda və ya kartof kimi rahat ola bilər, lakin istehlakdan əvvəl bişirilmək lazım olan dezavantajlara malikdir. Nəzərə alınacaq başqa bir amil bitkilərin reproduktiv sistemi və tozlanma rejimidir, çünki heyvanlar (məsələn, həşəratlar) gəmiyə buraxılmır.
Kosmosda böyümək üçün potensial bitkilərin siyahısı yaradılmışdır, onlardan bəziləri artıq gəmidə becərilmişdir. Müəlliflər qidalanma və aqronomik meyarları seçmək üçün alətlər kimi seçmişlər. Beləliklə, psixoloji təsirlər üçün məhsulun və ya yeməli bitki hissəsinin dadına və görünüşünə birdən (min) dördə (maks) qədər qiymət aid edilmişdir.
Kosmosda uzun missiyalar üçün uyğun qidalanma, tibbi, aqrotexniki və psixoloji xüsusiyyətləri ilə müxtəlif bitkilərin cədvəli.
Kosmik gəmidə bitki yetişdirmək
Kosmos bitkilər üçün iki əsas stress mənbəyi təqdim edir: kosmik şüalanma və mikroqravitasiya.
Radiasiya bitkilərin böyüməsinə mənfi təsir göstərir və genetik mutasiya riskini artırır, buna görə də bitkilərin radiasiyadan qorunması prioritet olmalıdır. Radiasiya qurğuşun və/və ya su qalxanlarından istifadə etməklə saxlanıla bilsə də, bu, orbitdə yerləşdirmək üçün əlavə bir kütlə deməkdir. Lockheed Martin-in Mars Baza Düşərgəsindən (2018) yaranan yaxşı bir həll yanacaq anbarını radiasiya qalxanı kimi istifadə etməkdir.
Mikroqravitasiya, əksinə, yavaşlasa da, bitki böyüməsini əhəmiyyətli dərəcədə zəiflətmir. Bununla belə, bitkinin reaksiyası növlərə görə fərqlənir, çünki mikroqravitasiya bitkinin genom ifadəsinə təsir göstərir. Məlum olub ki, mikroqravitasiyada bitkilər istilik şoku genləri kimi daha çox stresslə əlaqəli genləri ifadə edəcək və stresslə əlaqəli zülalların istehsalını artıracaqlar. Üstəlik, toxumlarda metabolitlərin müxtəlif konsentrasiyası və cücərmə gecikməsi aşkar edilmişdir.
Mikroqravitasiya, həmçinin atmosferin hərəkətsizliyi, qeyri-adi atmosfer tərkibi yaratmaq və suvarmada çətinlik (dəstəklə və ya dəstəksiz) kimi bitkinin mikromühitinə də təsir göstərir. Kosmosda hava konveksiyası yoxdur, ona görə də böyüyən stansiya kifayət qədər ventilyasiya olunmazsa, bitki tərəfindən buraxılan hər hansı qaz onun səthində qalacaq. Bitkilərin yarpaqları ətrafında qaz halında olan etilenin yığılmasının yarpaqların anormal inkişafı ilə nəticələndiyi göstərilmişdir. Kosmik gəmidə yüksək konsentrasiyalarda mövcud olan karbon qazı kimi digər qazlar bəzi bitkilər üçün öldürücü ola bilər. Eyni problem bitkilərin suvarılması üçün də yaranır, buna görə də kökləri boğmayan bir üsul hazırlamaq lazımdır.
Zavodun kosmos mühitinə reaksiyasını qiymətləndirmək daha çətindir. Bu mühitin bəzi aspektləri, məsələn, məhdud yer seçimimizi cırtdan növlərə yönəldə bilər. Bununla belə, bitkinin mikroqravitasiyaya reaksiyası kimi bəzi digər aspektlər növlərdən və növlərdən asılı olaraq dəyişir. Təcrübələrin davam etdirilməsi lazım olsa da, müəyyən sayda bitki artıq sınaqdan keçirilib və kosmosda inkişaf edə bilən kimi təsvir edilib və biz onlardan əsas kimi istifadə edə bilərik.
Astronavtların bütün qida ehtiyaclarını əhatə edən özünü təmin edən bitki kamerasının inkişafı onilliklər çəkə bilər, lakin əlavə tədbirlər kimi kiçik kameralardan istifadə ekipajın vitamin və qida maddələrindəki çatışmazlıqları (qablaşdırılmış qidada dəyişdirilir) və pəhriz yorğunluğunu azaltmağa kömək edə bilər.
Space X Crew-02-dən Mark Vande Hei, Şeyn Kimbrough, Tomas Pesket, Akihiko Hoşide və Meqan MakArtur 2021-ci ildə Plant-Habitat 04 araşdırması üçün ISS-də qırmızı və yaşıl çili bibərləri yığmaqla poza verirlər.
Bioregenerativ həyat dəstəyi sistemi
Hər yeməkdə dondurulmuş qurudulmuş yemək yemək menyuda yorğunluq yaradır və astronavtlar zamanla daha az yeməyə meyllidirlər.
Kosmik gəmidə otaq məhduddur. Buna görə də, missiyanın müvəffəqiyyəti istifadə olunan maddələri istifadəyə yararlı maddələrə çevirə bilən Həyata Dəstək Sistemlərinə (LSS) daxil edilmiş bərpaedici sistemlərdən asılıdır. Beynəlxalq Kosmik Stansiyada (ISS) quraşdırılmış Ətraf Mühitə Nəzarət və Həyata Dəstək Sistemi (ECLSS) karbon qazı və sidiyi təkrar emal etməklə oksigen və su istehsal edir; oxşar sistem uzun kosmos uçuşları üçün lazım olacaq.
Bioregenerativ LSS (BLSS) ideyası 1960-cı illərdə qida istehsalı və tullantı materiallarının (məsələn, nəcis maddələrinin) ECLSS-ə təkrar emalını daxil etmək üçün yaranmışdır. Bakteriya və yosunları olan BLSS bərk tullantılardakı azotu bitkilərin qəbul edə biləcəyi üzvi azotun faydalı formasına qaytarmaq üçün istifadə edilə bilər. Bu prinsipə uyğun eksperiment – Mikro Ekoloji Həyata Dəstək Sistemi Alternativi (MELiSSA) – 1990-cı illərdən bəri Avropa Kosmik Agentliyi tərəfindən hazırlanmış və həyata keçirilmişdir.
Bununla belə, biz BLSS-ə daha yüksək zavodları daxil etdiyimiz üçün onların digər mövcud ətraf mühitə nəzarət texnologiyaları ilə inteqrasiyasını öyrənməliyik ki, bu da yeni bir problemdir. Bu kiçik qida məhsulu istehsalı sistemlərinin dəyərinin və davamlılığının müəyyən edilməsi daha böyük BLSS-ə doğru inkişaf etmək üçün kritik məlumat verəcəkdir.
Məsaməli boru bitkilərinin böyüməsi blokunun ikinci dizaynının sxematik diaqramı.
Bitki böyümə kamerasının inkişafı
Bitki yetişdirmək üçün hidroponik sistemin istifadəsi cəlbedici bir imkandır, çünki o, torpağa bənzər bir sistemə güvənmək əvəzinə suda bitki yetişdirir. Sonuncu kosmik gəmiyə ağırlıq əlavə edir və hissəciklərin ətrafda üzməsi riski, onu əlverişsiz edən iki aspektdir. ISS-də quraşdırılmış Qabaqcıl Bitki Yaşayış Yeri (APH) artıq arsillit və yavaş salınan gübrə olan kök moduluna daxil edilmiş məsaməli borulu suvarma sistemi ilə hidroponik sistemdən istifadə edərək müxtəlif cırtdan buğda yetişdirmişdir.
Ekipajın bağçılıq fəaliyyətini asanlaşdırmaq və bitkilərin optimal mühitdə böyüməsini təmin etmək üçün məhsulun mədəni dövrünü kompüter vasitəsilə tam şəkildə izləmək lazımdır. Belə monitorinq sistemi 2018-ci ildə Antarktidada sınaqdan keçirilib. Bitkilərin yetişdirilməsi üçün qismən avtomatlaşdırılmış sistemin istifadəsi ekipajın kosmik gəmidə bitkilərin olmasından (onlarla manipulyasiya etməklə) faydalanmasını təmin edəcək və kənd təsərrüfatının çox vaxt aparan probleminin qarşısını alacaq. Həqiqətən də, bitki yetişdirmək üçün lazım olan otaq hələ dəqiq müəyyən edilməmişdir və kosmosa bənzər mühitlərdə (Hİ-SEAS kimi) bir neçə təcrübə bu fəaliyyətin uzana biləcəyini göstərmişdir.
Bitkilərin yetişdirilməsinin çox faydalı təsirləri olduğu sübut edilmişdir, çünki bu, astronavtlara Yer parçası ilə səyahət etmək hissi verə bilər.
Nəhayət, 2014 m² böyüyən ərazini təmin edən NASA-nın Tərəvəz İstehsal Sistemi və ya Veggie (0.11-cü ildə istifadəyə verilmişdir) kosmos gəmisində istifadə oluna bilən bitki böyüməsi vahidinin gözəl nümunəsidir, çünki o, artıq sınaqdan keçirilmişdir. ISS. İşıq tələbləri baxımından, LED-lər iki fərqli dalğa uzunluğu ilə istifadə olunur: qırmızı (630 nm) və mavi (455 nm) bitkilər bu dalğa uzunluqları altında daha səmərəli böyüyür. Yaşıl LED də bitkiyə təbii rəngini vermək üçün lazım ola bilər, beləliklə, xəstəliklərin müəyyən edilməsini asanlaşdırır və ekipajı Yer kürəsini xatırladır.
Mizuna (Yapon kələmi), qırmızı romaine kahı və Tokio bekana (Çin kələmi) ISS-də Veggie bölməsində yetişdirilir.
Kosmos şəraiti həm insanlar, həm də bitkilər üçün stress yaradır, buna görə də kosmik gəmilərdə böyüyə bilən və astronavtların təcrübəsinin bəzi stresslərini yüngülləşdirməyə kömək edən bitkilərin dizaynı hazırda öyrənilir.
Bitkilərin stres reaksiyalarında iştirak edən genlər müəyyən edilmişdir, lakin bu təsirləri azaltmaq və ya yumşaltmaq üçün elm adamları mövcud genlərin ifadəsini dəyişdirməli və ya genomlara kosmosa uyğunlaşma genləri əlavə etməlidirlər. Buna gen redaktəsi ilə nail olmaq olar və bəzi namizəd genlər artıq xüsusi olaraq müəyyən edilmiş və tədqiq edilmişdir. Məsələn, ARG1 (Altered Response to Gravity 1), yer üzündəki bitkilərdə cazibə reaksiyalarına təsir etdiyi bilinən bir gen, kosmosa uyğunlaşma ilə bağlı 127 genin ifadəsində iştirak edir. Kosmos uçuşunda ifadəsi dəyişdirilmiş genlərin əksəriyyətinin Arg1-dən asılı olduğu aşkar edildi və bu, differensasiya olunmamış hüceyrələrin kosmos uçuşuna fizioloji uyğunlaşmasında həmin genin böyük rol oynadığını göstərir. HsfA2 (Heat Shock Factor A2) kosmosa uyğunlaşmaya əhəmiyyətli təsir göstərir, məsələn, nişasta biosintezi vasitəsilə. Məqsəd stress yaradan genləri pozmaq və faydalı genləri təbliğ etməkdir.
Kosmosa uyğunlaşma genləri adlanan digər genlər, məsələn, radiasiya, perxlorat, cırtdanlıq və soyuq temperaturla əlaqəli genlər, potensial olaraq öyrənilməyə dəyər, çünki onlar bitkilərin kosmosun sərt şərtlərinə müqavimət göstərməsinə kömək edəcəklər. Məsələn, hiper duzlu mühitlərə uyğunlaşdırılmış mikroorqanizmlər UV müqaviməti və perklorat müqaviməti genlərinə malikdir. Bir çox cırtdan sortlar (məsələn, buğda) artıq ISS-də becərilmişdir və NASA-nın Veg-05 təcrübəsinin bir hissəsi kimi ISS-də cırtdan albalı pomidoru "Qırmızı Robin" yetişdirilə bilər.
Biz həmçinin astronavtların sağlamlığı üçün bitkilər dizayn edə bilərik. Faydalı birləşmələrin yığılmasını təşviq etmək, tullantıları azaltmaq üçün bütün bədəni yeməli bitkilər etmək və ya kosmosun astronavtlara mənfi təsirlərinə qarşı dərmanlar istehsal etmək üçün bitkilərin dizaynı bitkiləri ekipaj üçün faydalı hala gətirməyin mümkün yollarıdır.
Bütün Bədən Yeməli və Elit Bitki (WBEEP) strategiyası kartof bitkilərində istifadə edildi, kartof gövdələri və yarpaqları onlardan solanini çıxararaq yeməli oldu. İstehsalını maneə törətmək üçün ya onu istehsal edən genlər susdurulur, ya da gen redaktəsi ilə mutasiya edilir. Bu WBEEP kartofunun yaradılmasının üstünlükləri var, çünki o, yaxşı enerji mənbəyi olan və kosmos kimi çətin şəraitdə inkişaf edə biləcəyini sübut edən asanlıqla becərilən bir bitkidir. Bitkilər həmçinin insan orqanizminin qida maddələrinə olan tələbatını tam ödəmək üçün gücləndirilib.
Radiasiya bitkilərin böyüməsinə mənfi təsir göstərir və genetik mutasiya riskini artırır, buna görə də bitkilərin radiasiyadan qorunması prioritet olmalıdır.
Mikroqravitasiyada astronavtların sağlamlığı üçün əsas problemlərdən biri sümük sıxlığının itirilməsidir. Sümüklərimiz böyümə və rezorbsiya arasında daim tarazlaşır, sümüklərin zədələrə və ya məşqdəki dəyişikliklərə cavab verməsini təmin edir. Mikroqravitasiyada vaxt keçirmək bu tarazlığı pozur, sümükləri rezorbsiyaya çevirir, beləliklə, astronavtlar sümük kütləsini itirirlər. Bu, paratiroid hormonu və ya PTH adlı bir dərmanla müalicə edilə bilər, lakin bu, müntəzəm inyeksiya tələb edir və çox qısa bir raf ömrünə malikdir, bu da uzun kosmos uçuşlarında problem yaradır. Buna görə də, PTH istehsal edən transgen kahı hazırlanmışdır.
Kosmosda böyüyə bilən və astronavtlar üçün istifadə edilə bilən bitkilərin layihələndirilməsi hələ tədqiqatın ilk mərhələsindədir. Bununla belə, onun perspektivləri çox perspektivlidir və bütün əsas kosmik agentliklər tərəfindən öyrənilir. Kosmosun arzuolunmaz mühitində bitki böyüməsi kamerasının qurulması hələ də iş tələb edir. Problemlərdən biri BLSS-nin bioregenerativ hissəsini artıq mövcud LSS-ə əlavə etmək olacaq. Digər bir problem, həm kosmik şəraitə tab gətirmək, həm də əhəmiyyətli məhsullar təqdim etmək üçün gəmidə yetişdiriləcək daha yaxşı məhsul seçiminə ehtiyacdır. Lakin bitkiçilikdə biliklərin yayılması sayəsində seçilmiş bitkilərdə gen redaktəsi onları kosmik şəraitə daha da uyğunlaşdırmağa və ekipajın qida və sağlamlıq ehtiyaclarına uyğunlaşdırmağa imkan verəcəkdir.
Mənbə: https://room.eu.com