It-tnedija tal-missjoni Artemis 1 tan-NASA lejn il-Qamar f’Novembru mmarkat pass ieħor fil-vjaġġ li xi darba se jwassal biex il-bnedmin iżuru l-eqreb ġar planetarju tagħna, Mars. Missjoni umana eventwalment se ssegwi fuq l-għarqbejn ta 'vetturi spazjali robotiċi multipli, l-aktar reċenti minnhom kien l-inżul tar-rover Perseverance fuq il-pjaneta l-ħamra fi Frar 2021. Għal vjaġġi umani lejn Mars hemm ħafna kwistjonijiet teknoloġiċi li jridu jiġu solvuti, ewlenin fost huma l-protezzjoni mir-radjazzjoni solari u s-saħħa tal-ekwipaġġ, inkluż l-aħjar mod biex jiġi pprovdut ikel nutrittiv. Il-fokus u l-isfida għal ħafna esperti li jistudjaw dan tal-aħħar huwa kif jiġu evitati n-nuqqasijiet latenti kkawżati mill-konsum kostanti ta 'ikel imnixxef bil-friża. Id-disponibbiltà ta 'ikel frisk ovvjament se tkun vantaġġ kbir għas-saħħa u psikoloġiku, u għal dan se jkun meħtieġ li jitkabbru u jinħasdu l-pjanti fit-triq. F'dan l-artikolu, l-awturi jirrevedu d-dejta u r-riċerka attwali dwar in-nutrizzjoni, il-benefiċċji mediċi u psikoloġiċi, u l-metodi possibbli ta 'tkabbir tal-uċuħ fl-ispazju profond.
Skont in-NASA, jidhru ħames perikli kbar waqt titjiriet spazjali twal: radjazzjoni spazjali, iżolament u għeluq, distanza mid-Dinja, gravità baxxa, u l-ambjent ostili u magħluq ta 'vettura spazjali. Pjanti ħajjin u ikel imkabbar frisk jista' jkollhom rwol ewlieni fl-appoġġ ta' tlieta minn dawn: in-nutrizzjoni, il-ħtiġijiet mediċi u l-psikoloġija tal-ekwipaġġ.
Nutrizzjoni
Il-bilanċ nutrittiv tal-ikel fornut għall-missjonijiet spazjali għandu jkun adattat perfettament biex l-ekwipaġġ ikun jista’ jsostni vjaġġ twil b’saħħa tajba
Il-bilanċ nutrittiv tal-ikel fornut għall-missjonijiet spazjali għandu jkun adattat perfettament biex l-ekwipaġġ ikun jista' jsostni vjaġġ twil f'saħħa tajba. Peress li l-provvisti mill-ġdid mid-Dinja se jkunu diffiċli, id-determinazzjoni eżatta tad-dieta t-tajba u l-forma preċiża tagħha hija għan kritiku.
L-evitar ta 'kull defiċjenza ta' nutrijenti essenzjali hija l-aktar sfida ovvja, u l-ħtiġijiet nutrittivi dettaljati ġew studjati min-NASA. Ħafna mis-'sistema' tal-ikel spazjali attwali, madankollu, ġie ppruvat li hija defiċjenti. Speċifikament, il-ħażna ambjentali twila tal-ikel tinduċi d-degradazzjoni tal-vitamini A, B1, B6 u C.
Telf ta 'piż medju kumulattiv għall-astronawti huwa ta' 2.4 fil-mija għal kull 100 jum f'mikrogravità, anke b'kontromiżuri stretti ta 'eżerċizzju reżistenti. Intwera wkoll li l-astronawti jbatu minn nuqqasijiet nutrittivi fil-potassju, il-kalċju, il-vitamina D u l-vitamina K minħabba li l-ikel fornut ma jippermettilhomx jissodisfaw ir-rekwiżiti tal-konsum ta 'kuljum.
Il-pjanti naturalment fihom vitamini u minerali, u l-konsum immedjat ta 'ikel frisk jevita l-problema tal-ħażna. Il-konsum tagħhom għalhekk ikun suppliment kbir għall-ikel imnixxef bil-friża.
L-astronawta Scott Kelly infermiera zinnias spazjali li qed imutu lura għas-saħħa fuq l-ISS. Huwa ħadet ritratti ta’ bukkett tal-fjuri fil-Cupola fl-isfond tad-Dinja u qasam ir-ritratt fuq Instagram tiegħu għal Jum San Valentinu fl-2016.
Mediċina
Minbarra l-vitamini u l-minerali, il-pjanti jissintetizzaw ħafna metaboliti sekondarji differenti. Dawn il-komposti jistgħu jkunu ta 'għajnuna kbira fil-prevenzjoni ta' kwistjonijiet ta 'saħħa. Pereżempju, il-folate huwa involut fit-tiswija tad-DNA, iżda r-rekwiżiti tiegħu jintlaħqu biss f'64 fil-mija tal-ġranet tat-titjira. Peress li t-telomeri, it-tmiem tal-kromożomi, ġew ippruvati li jinbidlu b'mod sinifikanti waqt titjiriet twal, is-supplimentazzjoni fil-folate permezz ta 'pjanti friski tista' tgħin biex tnaqqas ix-xjuħija ġenetika u l-okkorrenzi tal-kanċer.
Fost eżempji oħra, ħxejjex b'ħafna karotenojdi jistgħu jipprevjenu t-distorsjoni tal-għajnejn ikkawżata mill-mikrogravità, filwaqt li dieta tal-għanbaqar imnixxef tista 'tgħin biex tipprevjeni t-telf tal-għadam ikkawżat mir-radjazzjoni. Ħafna pjanti fihom antiossidanti li jistgħu jkunu ta 'għajnuna kbira fil-protezzjoni tad-DNA tal-bniedem minn mutazzjonijiet indotti mir-radjazzjoni. Madankollu, dieta bbażata fuq il-pjanti mhix biżżejjed u għandhom jiġu żviluppati soluzzjonijiet oħra biex jipproteġu l-astronawti mir-radjazzjoni.
Psikoloġija
Minbarra l-vitamini u l-minerali, il-pjanti jissintetizzaw ħafna metaboliti sekondarji differenti
Peress li l-iżolament u d-distanza se jpoġġu piż sinifikanti fuq is-saħħa mentali tal-astronawti, l-ikla hija waħda mill-aktar ħinijiet importanti biex ittaffi l-burdata. Li tiekol ikel imnixxef bil-friża f'kull ikla joħloq għeja tal-menu u l-astronawti għandhom it-tendenza li jieklu inqas maż-żmien. Tiekol ikel frisk jista 'jnaqqas din l-għeja, mhux l-inqas biex tipprovdi varjetà fil-forma u n-nisġa.
Attività oħra ta’ benefiċċju għas-saħħa mentali tal-ekwipaġġ hija l-ortikultura. Ġie ppruvat li t-tkabbir tal-pjanti għandu effetti ta 'benefiċċju kbir, peress li jista' jagħti lill-astronawti sensazzjoni li jivvjaġġaw b'biċċa tad-Dinja. Xi studji ppruvaw isibu l-pjanti bl-aktar effetti psikoloġiċi ta’ benefiċċju, peress li jistgħu jkunu fattur importanti ħafna għas-saħħa mentali tal-ekwipaġġ. Pereżempju, il-frawli jista 'jtejjeb ir-risponsi psikoloġiċi pożittivi, bħall-qawwa u l-istima personali, inaqqas id-dipressjoni u l-istress filwaqt li l-kosbor jista' jtejjeb il-kwalità tal-irqad.
Għalhekk, il-biedja spazjali bbażata fuq il-pjanti hija interessanti fuq livell nutrittiv, psikoloġiku u mediku. Madankollu, in-nuqqas ta 'kamra u l-kundizzjonijiet partikolari tat-tkabbir jillimitaw in-numru u l-għażla tal-uċuħ tar-raba'.
L-għażla attwali tal-uċuħ tar-raba' użati se tvarja, skont il-kriterji eżaminati u l-qasam (nutrizzjoni, psikoloġija u mediċina) iffavorit. Xi pjanti b'ħajja twila fuq l-ixkaffa jistgħu jkunu konvenjenti, bħall-qamħ jew il-patata, iżda għandhom l-iżvantaġġ li jeħtieġu li jiġu msajra qabel il-konsum. Fattur ieħor li għandek tikkonsidra huwa s-sistema riproduttiva u l-mod ta 'pollinazzjoni tal-pjanti, minħabba li l-annimali (bħal insetti) mhumiex permessi abbord.
Ġiet stabbilita lista ta 'uċuħ tar-raba' potenzjali li jikbru fl-ispazju, li wħud minnhom kienu diġà ġew ikkultivati abbord. L-awturi għażlu kriterji nutrizzjonali u agronomiċi bħala għodda biex jagħżluhom. Għalhekk, għal effetti psikoloġiċi, ġie attribwit valur minn wieħed (min) sa erbgħa (massimu) għat-togħma u d-dehra tal-wiċċ tar-raba 'jew il-parti tal-pjanta li tittiekel.
Tabella ta 'uċuħ tar-raba' differenti bil-karatteristiċi nutrittivi, mediċi, agronomiċi u psikoloġiċi tagħhom adattati għal missjonijiet twal fl-ispazju.
Tkabbir tal-pjanti f'vettura spazjali
L-ispazju jippreżenta żewġ sorsi ewlenin ta 'stress għall-pjanti: radjazzjoni kożmika u mikrogravità.
Ir-radjazzjoni taffettwa t-tkabbir tal-pjanti b'mod negattiv u żżid ir-riskji ta' mutazzjonijiet ġenetiċi, għalhekk il-protezzjoni tal-pjanti mir-radjazzjoni għandha tkun prijorità. Filwaqt li r-radjazzjoni tista 'tinżamm bl-użu ta' tarki taċ-ċomb u/jew tal-ilma, dan jirrappreżenta massa addizzjonali biex titqiegħed fl-orbita. Soluzzjoni tajba, li oriġinat minn Lockheed Martin's Mars Base Camp (2018), hija li tuża l-ħażna tal-fjuwil bħala tarka tar-radjazzjoni.
Il-mikrogravità, min-naħa l-oħra, ma tfixkilx it-tkabbir tal-pjanti b'mod sinifikanti, għalkemm tista' tnaqqasha. Madankollu, ir-rispons tal-pjanta tvarja skont l-ispeċi, peress li l-mikrogravità taffettwa l-espressjoni tal-ġenoma tal-pjanta. Ġie skopert li, fil-mikrogravità, il-pjanti se jesprimu aktar ġeni relatati mal-istress, bħal ġeni ta 'xokk tas-sħana, u jżidu l-produzzjoni tagħhom ta' proteini relatati mal-istress. Barra minn hekk, iż-żrieragħ instabu li għandhom konċentrazzjonijiet differenti ta 'metaboliti u ġerminazzjoni mdewma.
Il-mikrogravità taffettwa wkoll il-mikroambjent tal-pjanta, bħan-nuqqas ta 'moviment tal-atmosfera, u toħloq kompożizzjoni atmosferika mhux tas-soltu u diffikultà fit-tisqija (b'appoġġ jew mingħajr). M'hemm l-ebda konvezzjoni ta 'l-arja fl-ispazju ta' barra, għalhekk jekk l-istazzjon tat-tkabbir ma jkunx ivventilat biżżejjed kwalunkwe gass li joħroġ mill-impjant jibqa 'madwar il-wiċċ tiegħu. Intwera li l-akkumulazzjoni ta 'etilene gassuż madwar il-weraq tal-pjanti tirriżulta fi żvilupp anormali tal-weraq. Gassijiet oħra, bħad-dijossidu tal-karbonju, preżenti f'konċentrazzjonijiet għoljin f'vettura spazjali, jistgħu jkunu letali għal xi pjanti. L-istess problema tqum għat-tisqija tal-pjanti, għalhekk se jkun meħtieġ l-iżvilupp ta 'metodu li ma jegħrqux l-għeruq.
Ir-rispons tal-impjant għall-ambjent spazjali huwa aktar diffiċli biex jiġi evalwat. Xi aspetti ta 'dak l-ambjent, bħall-ispazju ristrett, jistgħu jidderieġu l-għażla tagħna lejn varjetajiet nani. Madankollu, xi aspetti oħra bħar-rispons tal-pjanta għall-mikrogravità jvarjaw skont l-ispeċi u l-varjetajiet. Għalkemm l-esperimenti jeħtieġ li jkomplu, ċertu numru ta 'pjanti diġà ġew ittestjati u deskritti bħala kapaċi jikbru fl-ispazju u nistgħu nużawhom bħala bażi.
L-iżvilupp ta' kamra tal-pjanti li ssostni lilhom infushom li tkopri l-ħtiġijiet nutrittivi kollha tal-astronawti jista' jieħu għexieren ta' snin iżda l-użu ta' kmamar żgħar bħala miżuri komplementari jista' jgħin lill-ekwipaġġ b'nuqqasijiet fil-vitamini u n-nutrijenti (li huma mibdula fl-ikel ippakkjat) u jnaqqas l-għeja tad-dieta.
Mark Vande Hei, Shane Kimbrough, Thomas Pesquet, Akihiko Hoshide u Megan McArthur tal-Ispace X Crew-02 jippożaw bil-ħsad tagħhom ta 'bżar aħmar u aħdar fl-ISS fl-2021 għall-investigazzjoni Plant-Habitat 04.
Sistema ta 'sostenn tal-ħajja bijoriġenerattiva
Li tiekol ikel imnixxef bil-friża f'kull ikla joħloq għeja tal-menu u l-astronawti għandhom it-tendenza li jieklu inqas maż-żmien
F'vettura spazjali, il-kamra hija limitata. Għalhekk, is-suċċess tal-missjoni jiddependi fuq sistemi riġenerattivi inkorporati fis-Sistemi ta' Appoġġ tal-Ħajja (LSS) li jistgħu jirriċiklaw il-materja użata f'materja li tista' tintuża. Is-Sistema ta' Kontroll Ambjentali u Sostenn tal-Ħajja (ECLSS) installata fl-Istazzjon Spazjali Internazzjonali (ISS) tipproduċi ossiġnu u ilma billi tirriċikla d-dijossidu tal-karbonju u l-awrina; se tkun meħtieġa sistema simili għal titjiriet spazjali twal.
L-idea ta' LSS bijoriġenerattiv (BLSS) twieldet fis-sittinijiet biex tinkludi l-produzzjoni tal-ikel u r-riċiklaġġ ta' materjali tal-iskart (pereżempju, materja tal-ippurgar) fl-ECLSS. BLSS bil-batterja u l-alka jista 'jintuża biex jirriċikla n-nitroġenu fi skart solidu lura f'forma li tista' tintuża ta 'nitroġenu organiku li l-pjanti jistgħu jassorbu. Esperiment li jsegwi dak il-prinċipju – il-Mikro Ecological Life Support System Alternative (MELiSSA) – ġie żviluppat u mmexxi mill-Aġenzija Spazjali Ewropea mis-snin disgħin.
Madankollu, peress li ninkludu impjanti ogħla fil-BLSS, ikollna bżonn nistudjaw l-integrazzjoni tagħhom mat-teknoloġiji eżistenti l-oħra ta 'kontroll ambjentali, li tirrappreżenta sfida ġdida. Id-determinazzjoni tal-ispiża u s-sostenibbiltà ta 'dawn is-sistemi iżgħar ta' produzzjoni tal-għelejjel tal-ikel se tipprovdi informazzjoni kritika biex tevolvi lejn BLSS akbar.
Dijagramma skematika tat-tieni disinn tal-unità tat-tkabbir tal-pjanti tat-tubi porużi.
Żvilupp ta 'kamra tat-tkabbir tal-pjanti
L-użu ta 'sistema idroponika biex jikbru l-uċuħ tar-raba' hija possibbiltà attraenti, peress li tikber pjanti fl-ilma minflok ma tistrieħ fuq sistema li tixbah il-ħamrija. Dan tal-aħħar iżid il-piż lill-vettura spazjali u r-riskju ta 'partiċelli f'wiċċ l-ilma madwar, żewġ aspetti li jagħmluha ta' żvantaġġ. Il-Ħabitat tal-Pjanti Avvanzat (APH) installat fl-ISS diġà kibret varjetà ta 'qamħ nanu bl-użu ta' sistema idroponika b'sistema ta 'tisqija ta' tubi porużi inkorporati f'modulu ta 'għeruq li jkun fih arċilit u fertilizzant li jerħi bil-mod.
Biex jitħaffef l-attivitajiet ortikulturali tal-ekwipaġġ u biex jiġi żgurat li l-pjanti qed jikbru f'ambjent ottimali, iċ-ċiklu kulturali tal-uċuħ jeħtieġ li jiġi mmonitorjat bis-sħiħ minn kompjuter. Sistema ta’ monitoraġġ bħal din ġiet ittestjata fl-2018 fl-Antartika. L-użu ta 'sistema parzjalment awtomatizzata għat-tkabbir tal-uċuħ se jiżgura li l-ekwipaġġ jibbenefika mill-preżenza ta' pjanti fil-vettura spazjali (billi jimmanipulahom) u jevita li l-kwistjoni tal-agrikoltura tieħu wisq ħin. Tabilħaqq, il-kamra meħtieġa biex jitkabbru l-pjanti għadha mhix definita b'mod preċiż u diversi esperimenti f'ambjenti li jixbħu l-ispazju (bħall-HI-SEAS) urew li din l-attività tista' ssir twila.
Ġie ppruvat li t-tkabbir tal-pjanti għandu effetti ta’ benefiċċju kbir, peress li jista’ jagħti lill-astronawti sensazzjoni li jivvjaġġaw b’biċċa tad-Dinja
Fl-aħħarnett, is-Sistema tal-Produzzjoni tal-Ħxejjex tan-NASA, jew Veggie, (mnedija fl-2014), li tipprovdi erja li qed tikber ta’ 0.11 m², hija eżempju tajjeb ta’ unità għat-tkabbir tal-pjanti li tista’ tintuża abbord vettura spazjali, peress li diġà ġiet ittestjata fuq il-vettura. ISS. F'termini ta 'rekwiżiti tad-dawl, l-LEDs jintużaw b'żewġ wavelengths differenti: aħmar (630 nm) u blu (455 nm) hekk kif il-pjanti jikbru b'mod aktar effiċjenti taħt dawn il-wavelengths. LED aħdar jista 'jkun meħtieġ ukoll biex jagħti lill-pjanta l-kulur naturali tagħha, biex b'hekk titħaffef l-identifikazzjoni tal-mard u tfakkar lill-ekwipaġġ tad-Dinja.
Mizuna (kaboċċa Ġappuniża), ħass romaine aħmar u Tokyo bekana (kaboċċa Ċiniża) imkabbra fl-unità Veggie fl-ISS.
Il-kundizzjonijiet spazjali joħolqu stress kemm għall-bnedmin kif ukoll għall-pjanti, għalhekk id-disinn ta’ pjanti kapaċi jikbru fil-vetturi spazjali u jgħinu biex itaffu xi wħud mill-istress li jesperjenzaw l-astronawti bħalissa qed jiġi studjat.
Ġew identifikati ġeni involuti fir-rispons għall-istress tal-pjanti iżda biex inaqqsu jew itaffu dawk l-effetti, ix-xjenzati jeħtieġ li jimmodifikaw l-espressjoni ta 'ġeni eżistenti jew iżidu ġeni ta' adattament għall-ispazju fil-ġenomi. Dan jista 'jinkiseb bl-użu ta' editjar tal-ġeni u xi ġeni kandidati diġà ġew identifikati u studjati speċifikament. Pereżempju, ARG1 (Altered Response to Gravity 1), ġene magħruf li jaffettwa r-risponsi tal-gravità fil-pjanti fid-Dinja, huwa involut fl-espressjoni ta '127 ġeni relatati mal-adattament tat-titjir spazjali. Ħafna mill-ġeni mibdula fl-espressjoni fit-titjir spazjali nstabu li huma dipendenti fuq Arg1, li jissuġġerixxu rwol ewlieni għal dak il-ġene fl-adattament fiżjoloġiku ta 'ċelluli mhux differenzjati għat-titjir spazjali. HsfA2 (Heat Shock Factor A2) għandu effett sinifikanti fuq l-adattament tat-titjir spazjali, pereżempju permezz tal-bijosintesi tal-lamtu. L-għan huwa li jitfixkel il-ġeni li jinduċu l-istress u jippromwovi dawk ta 'benefiċċju.
Ġeni oħra, imsejħa ġeni ta 'adattament għall-ispazju, bħal ġeni relatati mar-radjazzjoni, perklorat, naniżmu u temperatura kiesħa, huma potenzjalment ta' min jistudja peress li jgħinu lill-pjanti jirreżistu l-kundizzjonijiet ħorox tal-ispazju. Pereżempju, mikro-organiżmi adattati għal ambjenti hypersaline jippossjedu ġeni għar-reżistenza UV u reżistenza għall-perklorat. Ħafna varjetajiet nani (eż. tal-qamħ) diġà ġew ikkultivati fuq l-ISS u t-tadam ċirasa nanu 'Red Robin' jista' jitkabbar fl-ISS bħala parti mill-esperiment Veg-05 tan-NASA.
Nistgħu wkoll niddisinjaw pjanti għas-saħħa tal-astronawti. Il-promozzjoni tal-akkumulazzjoni ta 'komposti ta' benefiċċju, il-ħolqien ta 'pjanti li jittieklu tal-ġisem kollu biex jitnaqqas l-iskart, jew it-tfassil ta' pjanti biex jipproduċu drogi kontra l-effetti sekondarji tal-ispazju fuq l-astronawti huma modi possibbli biex il-pjanti jkunu utli għall-ekwipaġġ.
Intużat strateġija tal-Pjanti Elite u li jittiekel tal-Korp Sħiħ (WBEEP) fuq il-pjanti tal-patata, biex zkuk u weraq tal-patata jittieklu billi tneħħiet is-solanina minnhom. Biex tinibixxi l-produzzjoni tiegħu, jew il-ġeni li jipproduċuh jiġu msikkta jew immodifikati bl-editjar tal-ġeni. Il-ħolqien ta 'din il-patata WBEEP għandha vantaġġi peress li hija pjanta kkultivata faċilment li hija sors tajjeb ta' enerġija u wriet li kapaċi tikber f'kundizzjonijiet diffiċli bħall-ispazju. Il-pjanti ġew imsaħħa wkoll biex jissodisfaw bis-sħiħ il-ħtiġijiet tan-nutrijenti tal-ġisem tal-bniedem.
Ir-radjazzjoni taffettwa t-tkabbir tal-pjanti b'mod negattiv u żżid ir-riskji ta' mutazzjonijiet ġenetiċi, għalhekk il-protezzjoni tal-pjanti mir-radjazzjoni għandha tkun prijorità
Waħda mill-kwistjonijiet ewlenin għas-saħħa tal-astronawti fil-mikrogravità hija t-telf tad-densità tal-għadam. L-għadam tagħna huwa kontinwament ibbilanċjat bejn it-tkabbir u l-assorbiment mill-ġdid, li jippermetti lill-għadam jirrispondi għal korriment jew bidliet fl-eżerċizzju. It-tqattigħ tal-ħin fil-mikrogravità jfixkel dan il-bilanċ, u jxaqleb l-għadam lejn assorbiment mill-ġdid, u għalhekk l-astronawti jitilfu l-massa tal-għadam. Dan jista 'jiġi ttrattat b'mediċina msejħa ormon tal-paratirojde, jew PTH, iżda teħtieġ injezzjonijiet regolari u għandha ħajja fuq l-ixkaffa qasira ħafna, li hija problematika għal titjiriet spazjali twal. Għalhekk, ġie mfassal ħass transġeniku li jipproduċi PTH.
Id-disinn ta’ pjanti li jistgħu jikbru fl-ispazju u jkunu ta’ użu għall-astronawti għadu fl-istadju bikri tar-riċerka. Madankollu, il-prospetti tagħha huma promettenti ħafna u qed jiġu studjati mill-aġenziji spazjali ewlenin kollha. Il-bini ta 'kamra tat-tkabbir tal-pjanti fl-ambjent mhux milqugħ tal-ispazju għadu jeħtieġ xogħol. Waħda mill-isfidi se tkun li tiżdied il-parti bijoriġenerattiva tal-BLSS mal-LSS diġà eżistenti. Sfida oħra hija l-ħtieġa għal għażla aħjar ta' uċuħ tar-raba' li għandhom jitkabbru abbord biex kemm jifilħu l-kundizzjonijiet tal-ispazju kif ukoll joffru rendiment sinifikanti. Iżda grazzi għat-tixrid tal-għarfien fit-tnissil tal-pjanti, l-editjar tal-ġeni fl-uċuħ magħżula se jippermettilhom li jiġu adattati aktar għall-kundizzjonijiet tal-ispazju u jaqblu mal-ħtiġijiet nutrittivi u tas-saħħa ta 'ekwipaġġ.
Sors: https://room.eu.com