Die bekendstelling van NASA se Artemis 1-sending na die maan in November was nog 'n stap op die reis wat eendag daartoe sal lei dat mense ons naaste planetêre buurman, Mars, sal besoek. 'n Menslike sending sal uiteindelik volg op die hakke van veelvuldige robotruimtetuie, waarvan die mees onlangse die landing van die Perseverance-rover op die rooi planeet in Februarie 2021 was. Vir menslike reise na Mars is daar baie tegnologiese kwessies wat opgelos moet word, sleutel onder dit is die beskerming teen sonstraling en die gesondheid van die bemanning, insluitend hoe om die beste voedsame kos te verskaf. Die fokus en uitdaging vir baie kenners wat laasgenoemde bestudeer, is hoe om die latente tekorte te vermy wat veroorsaak word deur die konstante verbruik van gevriesdroogde kos. Die beskikbaarheid van vars kos sal uiteraard 'n groot gesondheids- en sielkundige voordeel wees, en hiervoor sal dit nodig wees om plante op pad te verbou en te oes. In hierdie artikel hersien die skrywers huidige data en navorsing rakende voeding, mediese en sielkundige voordele en moontlike metodes om gewasse in die diep ruimte te kweek.
Volgens NASA verskyn vyf groot gevare tydens lang ruimtevlugte: ruimtebestraling, isolasie en opsluiting, afstand vanaf die aarde, lae swaartekrag en die vyandige en geslote omgewing van 'n ruimtetuig. Lewende plante en vars gekweekte kos kan 'n groot rol speel in die ondersteuning van drie hiervan: voeding, mediese behoeftes en bemanningsielkunde.
Voeding
Die voedingsbalans van voedsel wat vir ruimtemissies verskaf word, moet perfek aangepas wees vir 'n bemanning om 'n lang reis in goeie gesondheid te onderhou
Die voedingsbalans van voedsel wat vir ruimtesendings verskaf word, moet perfek aangepas wees vir 'n bemanning om 'n lang reis in goeie gesondheid te onderhou. Aangesien hervoorraad van die Aarde af moeilik sal wees, is die bepaling van presies die regte dieet en die presiese vorm daarvan 'n kritieke doelwit.
Om enige tekort aan noodsaaklike voedingstowwe te vermy is die mees voor die hand liggende uitdaging, en gedetailleerde voedingsbehoeftes is deur NASA bestudeer. Daar is egter bewys dat baie van die huidige ruimtevoedsel-'stelsel' gebrekkig is. Spesifiek, die lang omgewingsopberging van voedsel veroorsaak die afbraak van vitamiene A, B1, B6 en C.
Kumulatiewe gemiddelde gewigsverlies vir ruimtevaarders is 2.4 persent per 100 dae in mikroswaartekrag, selfs met streng weerstandige oefening teenmaatreëls. Daar is ook getoon dat ruimtevaarders aan voedingstekorte in kalium, kalsium, vitamien D en vitamien K ly omdat voedsel wat verskaf word, hulle nie toelaat om aan die daaglikse innamevereistes te voldoen nie.
Plante bevat natuurlik vitamiene en minerale, en die onmiddellike verbruik van vars kos sal die probleem van berging vermy. Die verbruik daarvan sal dus 'n goeie aanvulling tot gevriesdroogde kos wees.
Ruimtevaarder Scott Kelly het sterwende ruimte-zinnias op die ISS weer gesond gemaak. Hy het 'n ruiker van die blomme in die Koepel teen die agtergrond van die Aarde afgeneem en die foto op sy Instagram gedeel vir Valentynsdag in 2016.
Geneeskunde
Benewens vitamiene en minerale, sintetiseer plante baie verskillende sekondêre metaboliete. Hierdie verbindings kan van groot hulp wees om gesondheidskwessies te voorkom. Folaat is byvoorbeeld betrokke by DNS-herstel, maar die vereistes word op slegs 64 persent van vlugdae nagekom. Aangesien daar bewys is dat telomere, die einde van chromosome, aansienlik verander word tydens lang vlugte, kan aanvulling in folaat via vars plante help om genetiese veroudering en kankergevalle te verminder.
Onder ander voorbeelde kan karotenoïedryke groente oogvervorming wat deur mikroswaartekrag veroorsaak word voorkom, terwyl 'n gedroogde pruimdieet kan help om beenverlies wat deur bestraling veroorsaak word, te voorkom. Baie plante bevat antioksidante wat van groot hulp kan wees om menslike DNA teen bestraling-geïnduseerde mutasies te beskerm. ’n Plantgebaseerde dieet is egter nie voldoende nie en ander oplossings moet ontwikkel word om ruimtevaarders teen bestraling te beskerm.
sielkunde
Benewens vitamiene en minerale, sintetiseer plante baie verskillende sekondêre metaboliete
Aangesien isolasie en afstand 'n aansienlike druk op ruimtevaarders se geestesgesondheid sal plaas, is die maaltyd een van die belangrikste tye om die bui te verlig. Die eet van gevriesdroogde kos by elke maaltyd veroorsaak spyskaartmoegheid en ruimtevaarders is geneig om mettertyd minder te eet. Die eet van vars kos kan hierdie moegheid verminder, nie die minste om verskeidenheid in vorm en tekstuur te verskaf nie.
Nog 'n aktiwiteit wat voordelig is vir die bemanning se geestesgesondheid, is tuinbou. Daar is bewys dat plante kweek geweldig voordelige effekte, aangesien dit die ruimtevaarders 'n gevoel kan gee om saam met 'n stuk aarde te reis. Sommige studies het probeer om die plante met die mees voordelige sielkundige effekte te vind, aangesien dit 'n baie belangrike faktor vir die bemanning se geestesgesondheid kan wees. Byvoorbeeld, aarbeie kan positiewe sielkundige reaksies, soos krag en selfbeeld, verbeter, depressie en stres verminder terwyl koljander slaapkwaliteit kan verbeter.
Plantgebaseerde ruimteboerdery is dus interessant op voedings-, sielkundige en mediese vlak. Die gebrek aan ruimte en die besondere groeitoestande beperk egter die aantal en die keuse van gewasse.
Die werklike keuse van gewasse wat gebruik word, sal verskil, afhangende van die kriteria wat ondersoek word en die veld (voeding, sielkunde en medisyne) wat bevoordeel word. Sommige plante met 'n lang raklewe kan gerieflik wees, soos koring of aartappel, maar het die nadeel dat dit voor verbruik gaargemaak moet word. Nog ’n faktor wat in ag geneem moet word, is die voortplantingstelsel en die bestuiwingsmodus van die plante, want diere (soos insekte) word nie aan boord toegelaat nie.
’n Lys van potensiële gewasse om in die ruimte te groei, is saamgestel, waarvan sommige reeds aan boord verbou is. Die skrywers het voedings- en agronomiese kriteria gekies as hulpmiddels vir die keuse daarvan. Dus, vir sielkundige effekte is 'n waarde van een (min) tot vier (maks) toegeskryf aan die smaak en voorkoms van die gewas of eetbare plantdeel.
Tabel van verskillende gewasse met hul voedings-, mediese, agronomiese en sielkundige eienskappe wat geskik is vir lang missies in die ruimte.
Kweek plante in 'n ruimtetuig
Ruimte bied twee hoofbronne van stres vir plante: kosmiese straling en mikroswaartekrag.
Bestraling beïnvloed plantgroei negatief en verhoog die risiko's van genetiese mutasies, dus die beskerming van plante teen bestraling moet 'n prioriteit wees. Terwyl bestraling met lood- en/of waterskerms beperk kan word, verteenwoordig dit 'n bykomende massa om in 'n wentelbaan te plaas. ’n Goeie oplossing, wat uit Lockheed Martin se Mars-basiskamp (2018) ontstaan het, is om brandstofberging as ’n stralingskild te gebruik.
Mikroswaartekrag, aan die ander kant, benadeel nie plantgroei noemenswaardig nie, alhoewel dit dit kan vertraag. Die plant se reaksie verskil egter volgens die spesie, aangesien mikroswaartekrag die plant se genoomuitdrukking beïnvloed. Daar is ontdek dat plante in mikroswaartekrag meer stresverwante gene sal uitdruk, soos hitteskokgene, en hul produksie van stresverwante proteïene sal verhoog. Boonop is gevind dat sade verskillende konsentrasies metaboliete en vertraagde ontkieming het.
Mikroswaartekrag beïnvloed ook die plant se mikro-omgewing, soos die gebrek aan beweging van die atmosfeer, wat 'n ongewone atmosferiese samestelling skep en probleme met natmaak (met of sonder ondersteuning). Daar is geen lugkonveksie in die buitenste ruimte nie, so as die groeistasie nie voldoende geventileer is nie, sal enige gas wat deur die plant vrygestel word om sy oppervlak bly. Daar is getoon dat die ophoping van gasvormige etileen om plante se blare abnormale blaarontwikkeling tot gevolg het. Ander gasse, soos koolstofdioksied, wat in hoë konsentrasies in 'n ruimtetuig voorkom, kan dodelik wees vir sommige plante. Dieselfde probleem ontstaan vir plantwater, dus die ontwikkeling van 'n metode wat nie die wortels verdrink nie, sal nodig wees.
Die plant se reaksie op die ruimte-omgewing is moeiliker om te evalueer. Sommige aspekte van daardie omgewing, soos beperkte ruimte, kan ons keuse na dwergvariëteite rig. Sommige ander aspekte soos die plant se reaksie op mikroswaartekrag wissel egter na gelang van spesies en variëteite. Alhoewel eksperimente moet voortgaan, is 'n sekere aantal plante reeds getoets en beskryf as in staat om in die ruimte te groei en ons kan dit as basis gebruik.
Die ontwikkeling van 'n selfonderhoudende plantkamer wat al die voedsame behoeftes van ruimtevaarders dek, kan dekades neem, maar die gebruik van klein kamers as aanvullende maatreëls kan die bemanning help met tekorte aan vitamiene en voedingstowwe (wat in verpakte voedsel verander word) en dieetmoegheid verminder.
Mark Vande Hei, Shane Kimbrough, Thomas Pesquet, Akihiko Hoshide en Megan McArthur van die Space X Crew-02 poseer met hul oes van rooi en groen brandrissies in die ISS in 2021 vir die Plant-Habitat 04-ondersoek.
Bioregeneratiewe lewensondersteuningstelsel
Die eet van gevriesdroogde kos by elke maaltyd veroorsaak spyskaartmoegheid en ruimtevaarders is geneig om mettertyd minder te eet
In 'n ruimtetuig is ruimte beperk. Daarom hang die sukses van die missie af van regeneratiewe stelsels wat ingebed is in Life Support Systems (LSS) wat gebruikte materiaal in bruikbare materiaal kan herwin. Die omgewingsbeheer- en lewensondersteuningstelsel (ECLSS) wat in die Internasionale Ruimtestasie (ISS) geïnstalleer is, produseer suurstof en water deur koolstofdioksied en urine te herwin; ’n soortgelyke stelsel sal vir lang ruimtevlugte nodig wees.
Die idee van 'n bioregeneratiewe LSS (BLSS) is in die 1960's gebore om voedselproduksie en die herwinning van afvalmateriaal (byvoorbeeld fekale materiaal) by die ECLSS in te sluit. 'n BLSS met bakterieë en alge kan gebruik word om die stikstof in vaste afval terug te herwin in 'n bruikbare vorm van organiese stikstof wat plante kan absorbeer. ’n Eksperiment wat daardie beginsel volg – die Micro Ecological Life Support System Alternative (MELiSSA) – is sedert die 1990's deur die Europese Ruimte-agentskap ontwikkel en uitgevoer.
Aangesien ons egter hoër aanlegte by die BLSS insluit, sal ons hul integrasie met die ander bestaande omgewingsbeheertegnologieë moet bestudeer, wat 'n nuwe uitdaging verteenwoordig. Die bepaling van die koste en die volhoubaarheid van hierdie kleiner voedsel-gewasproduksiestelsels sal kritiese inligting verskaf om na 'n groter BLSS te ontwikkel.
Skematiese diagram van die tweede ontwerp van die poreuse buisplantgroei-eenheid.
Die ontwikkeling van 'n plantgroeikamer
Om 'n hidroponiese stelsel te gebruik om gewasse te kweek, is 'n aantreklike moontlikheid, aangesien dit plante in water groei in plaas daarvan om op 'n grondagtige stelsel staat te maak. Laasgenoemde voeg gewig by die ruimtetuig en die risiko dat deeltjies ronddryf, twee aspekte wat dit nadelig maak. Die Advanced Plant Habitat (APH) wat in die ISS geïnstalleer is, het reeds 'n verskeidenheid dwergkoring gekweek deur 'n hidroponiese stelsel met 'n poreuse buiswaterstelsel ingebed in 'n wortelmodule wat arcilliet en 'n stadigvrystellende kunsmis bevat.
Om die bemanning se tuinbou-aktiwiteite te vergemaklik en te verseker dat plante in 'n optimale omgewing groei, moet die gewaskultuursiklus ten volle deur 'n rekenaar gemonitor word. So 'n moniteringstelsel is in 2018 in Antarktika getoets. Die gebruik van 'n gedeeltelik outomatiese stelsel vir die verbouing van gewasse sal verseker dat die bemanning voordeel trek uit die teenwoordigheid van plante in die ruimtetuig (deur hulle te manipuleer) en voorkom dat die kwessie van landbou te tydrowend raak. Inderdaad, die kamer wat nodig is om plante te kweek, is nog nie presies gedefinieer nie en verskeie eksperimente in ruimteagtige omgewings (soos die HI-SEAS) het getoon dat hierdie aktiwiteit lank kan raak.
Daar is bewys dat plante kweek geweldig voordelige effekte, aangesien dit die ruimtevaarders 'n gevoel kan gee om saam met 'n stuk aarde te reis
Laastens, NASA se groenteproduksiestelsel, of Veggie, (wat in 2014 bekendgestel is), wat 'n groeiende oppervlakte van 0.11 m² bied, is 'n goeie voorbeeld van 'n plantgroei-eenheid wat aan boord van 'n ruimtetuig gebruik kan word, aangesien dit reeds op die ISS. Wat ligvereistes betref, word LED's met twee verskillende golflengtes gebruik: rooi (630 nm) en blou (455 nm) aangesien plante meer doeltreffend onder hierdie golflengtes groei. 'n Groen LED kan ook nodig wees om die plant sy natuurlike kleur te gee, en sodoende die identifikasie van siektes te vergemaklik en die bemanning aan die Aarde te herinner.
Mizuna (Japannese kool), rooi Romaine blaarslaai en Tokyo bekana (Chinese kool) wat in Veggie-eenheid in die ISS gekweek word.
Ruimtetoestande skep stres vir beide mense en plante, so die ontwerp van plante wat in ruimtetuie kan groei en help om sommige van die spanning wat ruimtevaarders ervaar te verlig, word tans bestudeer.
Gene wat betrokke is by plante se stresreaksies is geïdentifiseer, maar om daardie effekte te verminder of te versag, moet wetenskaplikes die uitdrukking van bestaande gene verander of ruimte-aanpassingsgene by die genome voeg. Dit kan bereik word deur geenredigering te gebruik en sommige kandidaatgene is reeds spesifiek geïdentifiseer en bestudeer. Byvoorbeeld, ARG1 (Altered Response to Gravity 1), 'n geen wat bekend is om swaartekragreaksies in plante op Aarde te beïnvloed, is betrokke by die uitdrukking van 127 gene wat verband hou met ruimtevlugaanpassing. Daar is gevind dat die meeste van die gene wat in uitdrukking in ruimtevlug verander is Arg1-afhanklik is, wat 'n groot rol vir daardie geen in die fisiologiese aanpassing van ongedifferensieerde selle na ruimtevlug voorstel. HsfA2 (Hitteskokfaktor A2) het 'n beduidende effek op ruimtevlugaanpassing, byvoorbeeld deur styselbiosintese. Die doel is om stres-induserende gene te benadeel en voordelige gene te bevorder.
Ander gene, genoem ruimte-aanpassing-gene, soos gene wat verband hou met bestraling, perchloraat, dwerggroei en koue temperatuur, is potensieel die moeite werd om te bestudeer, aangesien dit plante sal help om die moeilike toestande van die ruimte te weerstaan. Mikro-organismes wat by hipersoute omgewings aangepas is, besit byvoorbeeld gene vir UV-weerstand en perchloraatweerstand. Baie dwergvariëteite (bv. van koring) is reeds op die ISS gekweek en die dwergkersietamatie 'Red Robin' kan moontlik in die ISS gekweek word as deel van NASA se Veg-05-eksperiment.
Ons kan ook plante vir ruimtevaarders se gesondheid ontwerp. Die bevordering van die ophoping van voordelige verbindings, die maak van hele liggaam eetbare plante om afval te verminder, of die ontwerp van plante om dwelms te produseer teen die ruimte se newe-effekte op ruimtevaarders is moontlike maniere om plante nuttig te maak vir die bemanning.
'n Whole-body Eetbare en Elite Plant (WBEEP) strategie is op aartappelplante gebruik, wat aartappelstingels en -blare eetbaar maak deur die solanien daaruit te verwyder. Om die produksie daarvan te inhibeer, word óf die gene wat dit produseer stilgemaak óf gemuteer deur geenredigering. Die skep van hierdie WBEEP-aartappel hou voordele in aangesien dit 'n maklik verboubare plant is wat 'n goeie bron van energie is en bewys het dat dit in moeilike toestande soos ruimte kan groei. Die plante is ook versterk om ten volle te voorsien in die menslike liggaam se voedingsbehoeftes.
Bestraling beïnvloed plantgroei negatief en verhoog die risiko's van genetiese mutasies, dus die beskerming van plante teen bestraling moet 'n prioriteit wees
Een van die hoofkwessies vir ruimtevaarders se gesondheid in mikroswaartekrag is beendigtheidverlies. Ons bene is voortdurend gebalanseer tussen groei en resorpsie, sodat bene kan reageer op besering of veranderinge in oefening. Om tyd in mikroswaartekrag te spandeer, ontwrig hierdie balans, en laat bene na resorpsie kantel, sodat ruimtevaarders beenmassa verloor. Dit kan behandel word met 'n middel genaamd paratiroïedhormoon, of PTH, maar dit vereis gereelde inspuitings en het 'n baie kort raklewe, wat problematies is vir lang ruimtevlugte. Daarom is 'n transgeniese blaarslaai wat PTH produseer, ontwerp.
Die ontwerp van plante wat in die ruimte kan groei en van nut kan wees vir ruimtevaarders is nog in sy vroeë stadium van navorsing. Die vooruitsigte daarvan is egter baie belowend en word deur alle groot ruimte-agentskappe bestudeer. Die bou van 'n plantgroeikamer in die onwelkome omgewing van ruimte verg nog werk. Een van die uitdagings sal wees om die bioregeneratiewe deel van die BLSS by die reeds bestaande LSS te voeg. Nog 'n uitdaging is die behoefte aan 'n beter keuse van gewasse wat aan boord gekweek word om beide ruimtetoestande te weerstaan en aansienlike opbrengste te bied. Maar danksy die verspreiding van kennis in plantteling, sal geenredigering in die gekose gewasse dit moontlik maak om hulle verder by ruimtetoestande aan te pas en te pas by die voedings- en gesondheidsbehoeftes van 'n bemanning.
'N Bron: https://room.eu.com