ทำไมพืชถึงปลูกบนสถานีอวกาศที่โคจรอยู่ "พืชอวกาศ" หรือสวนไร้แรงโน้มถ่วง

การทดลองในการปลูกพืชมีชื่อว่า Veg-01 และทำให้เป็นไปได้โดยระบบ Veggie เป้าหมายคือเพื่อศึกษาว่าพืชมีพฤติกรรมอย่างไรในวงโคจร

ระบบ Veggie ถูกส่งไปยัง ISS โดยเป็นส่วนหนึ่งของภารกิจ SpaceX ในเดือนเมษายน 2014 ขณะนั้นเมล็ดมีอายุ 15 เดือนแล้ว ใน Veggie พวกเขาถูกบรรทุกลงบนแท่นพิเศษและส่องสว่างด้วยโคมไฟสีแดง น้ำเงิน และเขียว

จำเป็นต้องใช้โคมไฟสีแดงและสีน้ำเงินเพื่อให้แน่ใจว่าพืชมีการเจริญเติบโตคุณภาพสูงและใช้พลังงานน้อยที่สุดในขณะเดียวกัน สีเขียวเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรับรู้ทางสายตาเท่านั้น (เราคุ้นเคยกับ พืชสีเขียว) แต่แท้จริงแล้วไม่มีผลกระทบต่อการเติบโต

นี่เป็นการทดลองปลูกพืชครั้งที่สองในสถานีอวกาศนานาชาติ คนแรกก็ประสบความสำเร็จเช่นกัน แต่หลังจาก 33 วัน ถั่วงอกที่ได้จะถูกส่งไปยังฟลอริดาเพื่อทำการทดสอบ ผักกาดหอมจากโครงการ Veg-01 ก็เติบโตเป็นเวลา 33 วันก่อนที่นักบินอวกาศจะเก็บเกี่ยวมัน

นักบินอวกาศเองก็ตอบสนองต่อโครงการ Veggie ด้วยความอบอุ่น ในการให้สัมภาษณ์ Chris Hadfield ชาวแคนาดากล่าวว่า ISS ไม่เคยน่าเบื่อ: มีงานที่ต้องทำให้เสร็จอยู่เสมอ อย่างไรก็ตาม พวกเขาทั้งหมดลงมาเพื่อวิเคราะห์การอ่านค่าเครื่องมือและทำงานกับอุปกรณ์ ทุกคนชอบโอกาสในการดูแลต้นไม้เพราะทำให้ชีวิตที่สถานีมีความหลากหลาย

ทำไมมันถึงสำคัญ

ความคิดแรกที่เข้ามาในหัวของคุณน่าจะถูกต้อง ความสำคัญของการปลูกอาหารในอวกาศไม่สามารถประเมินค่าสูงไปได้ ตอนนี้นักบินอวกาศได้รับอาหารจากโลก แต่ในอนาคตเมื่อภารกิจอวกาศที่ยาวนานขึ้นเกี่ยวข้องกับเที่ยวบินไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่น วิธีการนี้จะมีราคาแพงขึ้นเรื่อยๆ

ในปี 2030 NASA กำลังเตรียมส่งกลุ่มนักบินอวกาศไปยังดาวอังคาร ถึงเวลานี้ คุณต้องสร้างระบบที่มั่นคงสำหรับการผลิตอาหาร เพราะเที่ยวบินเที่ยวเดียวจะใช้เวลา 150 ถึง 300 วัน ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของดาวอังคาร

พืชที่ได้จากโครงการอวกาศสามารถสร้างความประหลาดใจ ประหลาดใจ และมอบสุนทรียภาพที่สวยงาม

ในการแสวงหาที่จะเป็นผู้เชี่ยวชาญ นอกโลกมนุษย์ไม่เพียงแต่ให้ความสนใจกับการออกแบบยานอวกาศเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความจำเป็นในการปรับพืชให้เข้ากับสภาพใหม่ของการดำรงอยู่ด้วย ไม่น่าแปลกใจที่สาขาเช่นจักรวาลวิทยาปรากฏขึ้นและเป็นครั้งแรก พืชมีชีวิตบินขึ้นสู่วงโคจรเร็วกว่ามนุษย์มาก

ต้นกำเนิดและการพัฒนาของจักรวาลวิทยา

บทบาทของ "สวนการ์ตูน" มีความสำคัญมากกว่าที่จะเห็นได้ในแวบแรก และนี่ไม่ใช่ผลจากจินตนาการอันบ้าคลั่งของนักวิทยาศาสตร์อย่างแน่นอน K. E. Tsiolkovsky สังเกตเห็นบทบาทอันยิ่งใหญ่ของพืชในผลงานของเขาซึ่งเข้าใจว่ามีเพียงพืชเท่านั้นที่สามารถช่วยเหลือคนในระยะยาว เที่ยวบินอวกาศรวมทั้งให้การหายใจและโภชนาการในโครงสร้างการโคจร ประมาณ 100 ปีที่แล้ว ในช่วงปี พ.ศ. 2458-2460 F. A. Zander พยายามสร้าง "เรือนกระจกสำหรับการบิน" แห่งแรกและนี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้น ...

S.P. Korolev ยังให้ความสนใจกับการทดลองในอวกาศกับพืชภายใต้การนำของต้นไม้แรกที่บินสู่อวกาศในปี 2503 และที่สำคัญที่สุดคือกลับมายังโลกได้สำเร็จ Chlorella, tradescantia, เมล็ดข้าวโพด, ข้าวสาลี, หัวหอมและถั่วกลายเป็น "นักบินอวกาศ" คนแรกจากโลกของพืช พืชได้เดินทางสู่อวกาศด้วยดาวเทียมชีวภาพ สถานีโคจร และยานอวกาศทุกชุดของซีรีส์คอสมอส มีโครงการวิจัยทางการเกษตรและพฤกษศาสตร์ในอวกาศ ในระหว่างการวิจัย ไม่เพียงแต่จำเป็นต้องศึกษาผลกระทบของเงื่อนไขใหม่ต่อพืชเท่านั้น แต่ยังต้องได้รับพืชผลที่หมุนเวียนกลับได้ของการดำรงอยู่ในระยะยาวและแน่นอน "ผลผลิตที่น่าตลก"

ในยุคของการลองผิดลองถูกครั้งแรก การติดตั้งพิเศษที่เรียกว่า "โอเอซิส" ได้รับการติดตั้งสำหรับการปลูกพืชซึ่งให้ แสงที่จำเป็น, การระบายอากาศและความชื้นเนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะรดน้ำตามปกติสำหรับเราและไม่มีการเคลื่อนไหวของอากาศ การติดตั้งดังกล่าวควรจะช่วยในการเอาชนะคุณลักษณะเฉพาะของพื้นที่การ์ตูน

เมล็ดพันธุ์อวกาศ

แม้ว่าต้นไม้จะติดตามมนุษย์ไปในเที่ยวบินในอวกาศของเขาและเติบโตได้ดี ซึ่งทำให้นักบินอวกาศมีความสุขมาก ขวัญกำลังใจของพวกเขาก็ยังเป็นเรื่องยากสำหรับพวกเขาในอวกาศ มักจะยากกว่ามนุษย์มาก เป็นไปได้ที่จะได้หน่อสีเขียวและมวลพืช แต่นี่ไม่ใช่จุดของวัฏจักรปิด จำเป็นต้องได้รับดอกไม้และเมล็ดพืช

ผู้คลางแคลงกล่าวว่าดอกไม้และเมล็ดพืชไม่ใช่สิ่งสำคัญมวลสีเขียวก็เพียงพอแล้ว ท้ายที่สุด เมล็ดพืชนั้นค่อนข้างเบาและเก็บไว้เป็นเวลานาน ดังนั้นคุณจึงสามารถนำมาจากพื้นโลกได้หากจำเป็น ยังมีผู้มองโลกในแง่ดีที่โต้แย้งว่าคุณเพียงแค่ต้องเลือกแนวทางที่ถูกต้องและ "เมล็ดจักรวาล" จะปรากฏขึ้นไม่ช้าก็เร็ว

Geotropism และการขาดแรงโน้มถ่วงมีผลเสียต่อการพัฒนา พืชดื้อรั้นปฏิเสธที่จะเบ่งบาน แม้แต่ดอกทิวลิปที่มีตาก็ไม่ต้องการเปิดในสภาพไร้น้ำหนัก จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็หันมาสนใจกล้วยไม้แปลกใหม่ แน่นอนว่าจากมุมมองทางพืชไร่สามารถคาดหวังความพึงพอใจด้านสุนทรียะจากพวกเขาได้ แต่ก็ไม่ใช่เพื่ออะไรที่พวกเขาถูกเรียกว่า "ธิดาแห่งอากาศ" นักวิจัยคิดว่าการปรับตัวให้เข้ากับรูปแบบการดำรงอยู่ของ epiphytic จะเป็นประโยชน์ในอวกาศเช่นกัน น่าเสียดายที่ดอกไม้ที่ส่งไปยังวงโคจรหลุดออกไปแม้ว่าพืชจะเติบโตอย่างต่อเนื่องในมวลพืช

ความเป็นจริงอยู่ตรงกลางเช่นเคย "ดอกไม้การ์ตูน" หลักคือพืชตระกูลถั่ว - Arabidopsis ที่สถานี Salyut-7 นักบินอวกาศ A. Berezovoi และ V. Lebedev ในปี 1982 โดยใช้การติดตั้ง Fiton ไม่เพียง แต่จะทำให้ Arabidopsis บานสะพรั่ง แต่ยังรวบรวมเมล็ดพันธุ์อวกาศชุดแรกอีกด้วย แน่นอนว่าโรงงานแห่งนี้เป็นพืชที่ไม่โอ้อวดมากที่สุดแห่งหนึ่งในสภาพพื้นดินธรรมดา แต่สำหรับอวกาศนี่เป็นความสำเร็จที่แท้จริง

ความช่วยเหลือจากอวกาศหรือความมหัศจรรย์ของการเพาะพันธุ์อวกาศ

ไม่มีชาวสวนหรือคนสวนคนไหนที่จะไม่พอใจกับผลไม้ขนาดมหึมา แน่นอนว่าต้องใช้ความพยายามอย่างมากในการขยายเจ้าของบันทึก แต่ก็มีคนที่จะสงสัยว่ามนุษย์ต่างดาวเข้ามารบกวนและช่วยเหลือจากนอกโลก ข้อความเหล่านี้จะดูน่าอัศจรรย์และไร้สาระแม้กระทั่งเมื่อเทียบกับวัฒนธรรมธรรมดา แต่ถ้าแนวคิดนั้นลอยอยู่ในอากาศ ใครบางคนก็จะนำไปปฏิบัติอย่างแน่นอน

เมื่อเข้าใจแนวคิดนี้ ชาวจีนจึงเข้าร่วมการแข่งขันเพื่อคัดเลือกพื้นที่ เนื่องจากปัญหาด้านอาหารในประเทศนี้รุนแรงมาก และ "ผักในอวกาศ" จะมีประโยชน์ นักวิทยาศาสตร์จีนได้ส่งเมล็ดพันธุ์สู่อวกาศตั้งแต่ปี 2544 พืชต่างๆซึ่งเมื่อได้รับรังสีคอสมิกก็ตกลงไปที่พื้นอีกครั้งและหว่านลงในสวนเพาะพันธุ์พิเศษ ปริมาณเมล็ดที่ส่งเข้าสู่วงโคจรมีความสำคัญมาก ในปี พ.ศ. 2549 จีนได้เปิดตัวดาวเทียมการเกษตรแบบหมดจดดวงแรกที่มีเมล็ดพันธุ์ 2,000 เมล็ด และตอนนี้ หนึ่งปีต่อมา ผักอวกาศชุดแรกเริ่มวางจำหน่าย การขยายพันธุ์ในอวกาศทำให้สามารถรับพืชผลทางการเกษตรชนิดใหม่ที่เกินพันธุ์บนบกตามปกติในแง่ของการติดผล

ชาวอเมริกันเข้าหาการเลือกพื้นที่ที่ซับซ้อนมากขึ้น พวกเขาส่งเมล็ดมะเขือเทศแปลงพันธุ์ตัวแรกเข้าสู่วงโคจร ซึ่งต้องขอบคุณการเปลี่ยนแปลงของจีโนม ไม่ควรมีปฏิกิริยาในทางลบต่อการไม่มีแรงโน้มถ่วง การทดลองอวกาศล้มเหลวและพืชที่ปลูกในอวกาศตาย แต่เมล็ดที่คืนสู่ดินกลับกลายเป็น พืชที่น่ารักด้วยคุณสมบัติที่ค่อนข้างไม่ธรรมดา

หากคุณสมบัติของผักอวกาศยังไม่ได้รับการศึกษาเพียงพอแล้วใหม่ ไม้ประดับต้องขอบคุณโปรแกรมอวกาศที่สามารถสร้างเซอร์ไพรส์ ประหลาดใจ และมอบความพึงพอใจด้านสุนทรียภาพ เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญโปรแกรม Optimara Space Violet ที่อุทิศให้กับการขยายพันธุ์สีม่วงอวกาศ เมล็ดของสีม่วง uzambar ใช้เวลานาน 6 ปีในวงโคจรของอวกาศและปรากฏว่าไม่ไร้ประโยชน์ ส่งผลให้พันธุ์กับ จำนวนมากดอกและก้านดอก (พร้อมกันถึง 20 ดอก) ซึ่งสามารถบานได้เกือบต่อเนื่อง

แน่นอนว่าเวลาจะผ่านไปสักระยะหนึ่ง และเราจะเริ่มเรียกพืชที่อาศัยอยู่ในเรือนกระจกทางจันทรคติว่าเป็นจักรวาล ไม่ใช่แค่พืชที่เคยไปเยือนอวกาศเท่านั้น

นักบินอวกาศหลายคนพยายามปลูกพืชบนเรือ ยานอวกาศ.ชาวบานของเรายังดูแลเพื่อนสีเขียวของพวกเขา เราได้เขียนเกี่ยวกับการวิจัยของ Viktor Gorbatko และ Pham Tuan แล้ว และตอนนี้เรานำเสนอเนื้อหาเกี่ยวกับการทดลองพืชอวกาศโดย Vitaly Sevastyanov และ Anatoly Berezovy

G. Beregovoi เล่าอย่างน่าสนใจเกี่ยวกับการทดลองครั้งแรกของการปลูกถั่วโดยนักบินอวกาศในหนังสือ "Space for earthlings":

“ผู้คนมักจะรู้สึกถึงการมีส่วนร่วมใน ธรรมชาติของโลกเขาอยู่ที่ไหน แต่เมื่อคุณพบว่าตัวเองอยู่นอกโลกบ้านเกิดของคุณ มันจะถูกรับรู้อย่างรวดเร็วเป็นพิเศษ ให้ความสนใจกับความตื่นเต้นและความอบอุ่นที่นักบินอวกาศพูดถึงว่าโลกมองจากระดับความสูงของวงโคจรอย่างไร ถ้าชิ้นส่วนของโลกที่มีชีวิตเดินทางไปกับพวกเขาในความว่างเปล่าอันไร้ชีวิตชีวา ความกังวลสำหรับ "ชาวชนบท" จะกลายเป็นเรื่องละเอียดอ่อน แม้ว่า "เพื่อนร่วมชาติ" เหล่านี้จะเป็นก้านสีเขียวของถั่วธรรมดา อย่างไรก็ตาม A. Gubarev และ G. Grechko เติบโตขึ้นมาบน Salyut-4 จากนั้นผู้เข้าร่วมการสำรวจครั้งต่อไป P. Klimuk และ V. Sevastyanov ก็ปลูกมันอีกครั้ง

บนกระดาน สถานีอวกาศมีการติดตั้งพิเศษสำหรับการปลูกพืชในสภาวะไร้น้ำหนัก - "โอเอซิส" มีการสร้างสภาวะปกติสำหรับพืชในนั้น และนักบินอวกาศเฝ้าสังเกตสัตว์เลี้ยงสีเขียวของพวกมันทุกวันและดูแลพวกมัน

เนื่องจากไม่มีข้อมูลที่เชื่อถือได้ว่าความไร้น้ำหนักส่งผลต่อการพัฒนาพืชอย่างไร ผู้เขียนการทดลองจึงสุ่มนำเมล็ดพืชไปไว้ใน "โอเอซิส" โดยการสุ่ม (ดังนั้น หน่อแรกจึงไม่มีความสำคัญมากนัก มีเพียง 3 ใน 36 เมล็ดที่แตกหน่อ) แน่นอนว่าบนโลกนี้ รากจะลงไปในดินเสมอ ลงไปข้างล่าง และต้นกล้าก็เอื้อมมือไปหาแสง แต่ถั่วในอวกาศที่ไม่มีขึ้นหรือลงล่ะ? เธอควรเติบโตที่ไหน

ปรากฎว่าถั่วไม่ได้ถูกกระตุ้นโดยแรงโน้มถ่วง แต่โดยการวางแนวขั้วที่เรียกว่าการฝังทางพันธุกรรมในนั้น: หากต้นกล้าหันไปทางแสงรากก็จะไปในทิศทางตรงกันข้ามอย่างแน่นอน ซึ่งหมายความว่ามีเพียงเพื่อช่วยถั่ว - ปรับทิศทางล่วงหน้าเพื่อให้รากฝังอยู่ในดินและต้นกล้าหันไปทางแสง - และให้ต้นกล้า มิฉะนั้นพืชจะตาย

สมมติฐานของนักวิทยาศาสตร์ได้รับการตรวจสอบโดยการสำรวจครั้งที่สองใน Salyut-4 P. Klimuk และ V. Sevastyanov นำโอเอซิสที่ได้รับการปรับปรุงและวัสดุเมล็ดขึ้นสู่วงโคจร จัดเรียงเมล็ดพืชให้สอดคล้องกับงาน และในวันที่สิบนักชีววิทยาถามนักบินอวกาศว่าพวกเขาพูดว่ามีพืชอยู่ที่นั่นได้อย่างไร?

- ทุกอย่างอยู่ในระเบียบ - V. Sevastyanov รายงานอย่างใจเย็น - คุณสามารถเก็บเกี่ยวได้ - ลูกศรหัวหอมถึง 10-15 ซม. แล้ว

- ลูกธนูอะไร ธนูแบบไหน? - ตอนแรกพวกเขาตกตะลึงบนโลก แต่ตระหนักได้อย่างรวดเร็ว: - เราเข้าใจ นี่เป็นเรื่องตลก เราให้ถั่วแก่คุณ ไม่ใช่หลอดไฟ

“เรามีเมล็ดถั่วอยู่แล้ว” วิศวกรการบินแสดงความสงสารนักชีววิทยา “แต่เรานำหลอดไฟสองหัวจากบ้านไปปลูก เหนือแผน และถั่วเกือบทั้งหมดได้เพิ่มขึ้นตอนนี้พวกเขากำลังเติบโตขึ้น คุณจึงสามารถอยู่ในอวกาศได้

อย่างไรก็ตาม การทดลองเพิ่มเติมกับพืชซึ่งดำเนินการในเที่ยวบินที่ยาวขึ้นแล้วบนสถานีโคจรของ Salyut-6 ทำให้นักวิทยาศาสตร์ประหลาดใจมากมาย ถั่วชนิดเดียวกันซึ่งตรงกันข้ามกับคำรับรองของ V. Sevastyanov ว่าเป็นไปได้ที่จะอยู่ในอวกาศด้วยเหตุผลบางอย่างไม่สามารถอยู่รอดได้ที่นั่น ครั้งแล้วครั้งเล่าที่พวกเขาปลูกมันใน "สวนเหนือเมฆ" เมล็ดงอก พืชพัฒนาตามปกติและ ... ตาย เมล็ดพันธุ์ "อวกาศ" ไม่ได้ผล แต่อย่างใดแม้ว่าการดูแลต้นไม้จะจัดขึ้นอย่างพิถีพิถันไม่เพียง แต่อย่างพิถีพิถัน แต่ถึงกระนั้น ... เขาเอาใจใส่เป็นพิเศษ นักบินอวกาศทำงานทุกวันใน "สวน" ของพวกเขา หล่อเลี้ยงทุกต้นอ่อน แต่ผลก็เหมือนเดิม - ไม่สามารถช่วยชีวิตพวกเขาได้ โรคกระดูกอ่อนบางตัวเติบโตในสภาวะไร้น้ำหนัก ...

อย่างไรก็ตาม ทั้งนักวิทยาศาสตร์และนักบินอวกาศไม่ยอมแพ้ ไม่สิ้นหวัง”

ชาวโลกจะสามารถหว่านทุ่งนาบนดาวเคราะห์ดวงอื่นได้หรือไม่? จะสามารถร้องเพลงตามนักบินอวกาศและนักฝันว่า “ต้นแอปเปิ้ลจะเบ่งบานบนดาวอังคารด้วย” หรือไม่? บางทีในไม่ช้าเราจะตอบคำถามนี้ ในระหว่างนี้ เราจะมาพูดถึงการวิจัยอวกาศที่เฉพาะเจาะจงซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาพฤติกรรมของพืชในสภาวะโน้มถ่วง

งานนี้ตีพิมพ์ในการแข่งขันบทความวิทยาศาสตร์ยอดนิยมซึ่งจัดขึ้นในการประชุม "ชีววิทยา - วิทยาศาสตร์แห่งศตวรรษที่ 21" ในปี 2558

หลายคนอาจมีคำถาม: พืชมีพฤติกรรมด้วยหรือไม่? ทรัพย์สินของสิ่งมีชีวิตนี้เป็นอภิสิทธิ์ของตัวแทนสัตว์โลกโดยเฉพาะไม่ใช่หรือ? ปรากฎว่า - ไม่! ลองนึกภาพ พืชก็มี "เศษ" ของตัวเองเช่นกัน ได้แก่ ความไวต่อสิ่งเร้าภายนอก กระบวนการรับต่างๆ ปฏิกิริยาจำเพาะต่อแสง อุณหภูมิ แรงโน้มถ่วง และที่น่าแปลกก็คือ พืชมีความสามารถที่น่าทึ่งในการระบุตำแหน่งของพวกมันในอวกาศ เกี่ยวกับปรากฏการณ์มหัศจรรย์นี้ ดอกไม้ฉันแนะนำให้เราคุยกัน

แรงโน้มถ่วง: ก้าวเล็กๆ สำหรับพืช ก้าวที่ยิ่งใหญ่ของนักวิทยาศาสตร์

อย่างไรก็ตาม Arabidopsis เป็นพืชชนิดแรกที่ไม่เพียง แต่แสดงให้เห็นในการทดลองเกี่ยวกับผลกระทบของการขาดแรงโน้มถ่วงต่อการเจริญเติบโตเท่านั้น แต่ยังผ่าน ครบวงจรการพัฒนาในอวกาศโดยประสบความสำเร็จในการทนต่อผลกระทบของสภาวะนอกโลกที่ไม่พึงประสงค์ทั้งหมด

ไฟโตฮอร์โมน: พืชก็รู้สึกเช่นกัน!

รูปที่ 3 รูตสเตโตไซต์ในตำแหน่งตั้งตรง แต่ - ส่วนที่ใกล้เคียงของเซลล์ (อยู่ใกล้กับศูนย์กลางมากขึ้น) ใน - ส่วนปลายของเซลล์ (อุปกรณ์ต่อพ่วง) 1 - ผนังเซลล์, 2 - เอนโดพลาสซึมเรติคูลัม, 3 - พลาสโมเดสมา, 4 - นิวเคลียส, 5 - ไมโทคอนเดรีย, 6 - ไซโตพลาสซึม, 7 - สแตโทลิธ, 8 - รูต, 9 - หมวกรูต, 10 - สเตโตไซต์ วาดจากวิกิพีเดีย

ลองคิดถึงคำถาม: พืชเข้าใจได้อย่างไรว่าพวกเขามีก้นและส่วนบนอยู่ที่ไหน ตัวอย่างเช่น บุคคลในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งสามารถระบุได้ว่าเขายืนอยู่บนพื้นหรือนอนอยู่โดยลำพัง (สำหรับความสามารถนี้ในการระบุตำแหน่งของเขาในอวกาศ คุณสามารถกล่าวขอบคุณอุปกรณ์ขนถ่าย) และพืชที่ไม่เคลื่อนไหวและเงียบต้องมีความโดดเด่นในด้านอื่น

ดังนั้นตัวแทนของอาณาจักรพืชจึงมีกลุ่มพิเศษ เซลล์สเตโตไซต์ซึ่งมีโครงสร้างหนักเฉพาะที่ตกลงอย่างรวดเร็วภายใต้การกระทำของแรงโน้มถ่วง (รูปที่ 3) การก่อตัวเหล่านี้เรียกว่า statoliths.

สมมติว่าต้นไม้หมอบลงกับพื้น - สตาทอลิ ธ เข้ามามีบทบาทอย่างมากซึ่ง "ตกลง" (นั่นคือตกตะกอน) ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง เป็นผลให้ด้านล่างใหม่ (ที่มี statoliths) และด้านบน (ที่ไม่มี) จะเกิดขึ้น ถัดไป ปฏิกิริยาทั้งหมดเริ่มต้นขึ้น ออกแบบมาเพื่อแปลงร่าง กระบวนการทางกายภาพการสะสมของ statoliths ในกระบวนการทางชีวเคมีที่นำไปสู่การตอบสนองด้วยกราวิทรอปิกในที่สุด ปรากฏการณ์นี้ซับซ้อนมากและไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ เราสามารถพูดได้อย่างแน่นอนว่ามันเกี่ยวข้องกับเครือข่ายคนกลางที่หลากหลาย ผู้ส่งสารรอง และแน่นอน ไฟโตฮอร์โมน. ใช่ ใช่ ลองนึกภาพ พืชก็มีฮอร์โมนของตัวเองเช่นกัน แม้ว่าจะไม่ได้รับความนิยมในแง่ของการวิจัยเท่าฮอร์โมนสัตว์ แต่ก็ยังน่าสนใจและมีความสำคัญไม่น้อย สารเหล่านี้สามารถออกฤทธิ์ทางชีวภาพได้ทั้งหมด แต่ฉันแนะนำให้พูดถึง ออกซิน(เขาคือ กรดอินโดล-3-อะซิติก IAA) ในฐานะผู้มีส่วนสำคัญต่อปฏิกิริยากราวิทรอปิก

ดังนั้น เมื่อพืช "พลิกกลับ" IAA จะสะสมที่ด้านล่างของอวัยวะที่กระตุ้นด้วยกราวิส (เราได้พูดคุยกันแล้วว่าพืชกำหนดส่วนบนและส่วนล่างได้อย่างไร) นี่นำไปสู่ ความเร็วต่างกันการเจริญเติบโตของเซลล์ที่ด้านตรงข้ามของยอดและราก ปรากฎว่า ออกซินเป็นตัวกำหนดการก่อตัวของกราวิทรอปิกโค้ง. อย่างไรก็ตาม การทิ้งตัวช่วยออกซินไว้จะไม่ยุติธรรม - พิเศษ โปรตีน PIN(จากอังกฤษ. เข็มหมุด- พิน) ซึ่งขนส่งไปยังสถานที่กระทบ มีโปรตีนพาหะจำนวนมากในเซลล์ การจำแนกประเภทค่อนข้างซับซ้อน แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดคือขึ้นอยู่กับชนิดและปริมาณของโปรตีนเหล่านี้ เขาจะไปไหนออกซิน ปรากฎว่าหากมีโปรตีน PIN จำนวนมากที่ด้านล่างของราก ก็จะมีออกซินอยู่ที่นั่นเพื่อกระตุ้นการเจริญเติบโต

และในที่สุด เราก็มาถึงจุดที่น่าสนใจ เช่น การกระจายตัวของโปรตีน PIN ในพื้นที่ของเซลล์ ท้ายที่สุดแล้วโปรตีนเองแม้ว่าจะถูกเรียกว่าพาหะ แต่ก็ถูกกีดกันจากการเคลื่อนไหวโดยพลการ การกระจายของพวกมันถูกควบคุมโดยโครงร่างโครงร่าง เซลล์พืชก็มีโครงกระดูกของตัวเองเช่นกัน มันไม่ได้เป็นตัวแทนของกระดูกและกระดูกอ่อน แต่มีสารพิเศษ: แอคติน ทูบูลิน และไมโอซิน สิ่งสำคัญคือพอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างเหล่านี้เป็นตัวกำหนดการเคลื่อนที่ของส่วนประกอบเซลล์ส่วนใหญ่ โครงร่างโครงร่างโครงร่างของแอกตินเป็นเหมือนเครือข่ายถนนขนาดใหญ่ที่แผ่ขยายไปทั่วปริมาตรทั้งหมดของเซลล์ ซึ่งให้การขนส่งสารประกอบส่วนใหญ่

แต่กระนั้น - โครงร่างโครงร่างโครงร่างของแอกตินนั้นมองเห็นได้ยากมาก สำหรับสิ่งนี้ แม้แต่การใช้กล้องจุลทรรศน์ที่ทรงพลังมากก็ยังไม่เพียงพอ ประเด็นไม่ได้อยู่ที่ขนาดที่เล็กมากของโครงสร้างนี้ แต่ในการมองเห็น * - ท้ายที่สุดแล้ว ดวงตาของมนุษย์ไม่สามารถแยกแยะเส้นบางๆ เหล่านี้ที่ประกอบเป็นไมโครฟิลาเมนต์ได้ แม้จะใช้กำลังขยายสูงมากก็ตาม และที่นี่พืชดัดแปรพันธุกรรมมาช่วยเรา ฉันแน่ใจว่าพวกคุณหลายคนเคยได้ยินเกี่ยวกับพวกเขาไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง และส่วนใหญ่ไม่ดี ในความเป็นจริง พืชดัดแปรพันธุกรรมเป็นเครื่องมือสากลสำหรับนักชีววิทยา โดยที่เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงการทำงานของห้องปฏิบัติการทางสรีรวิทยาสมัยใหม่

* - วิธีเอาชนะอุปสรรคการเลี้ยวเบนและแยกแยะรายละเอียดที่เล็กกว่าความยาวครึ่งคลื่นที่เราเขียนไว้ในบทความ " ดีกว่าที่จะเห็นครั้งเดียวหรือกล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูงพิเศษ" และเกี่ยวกับผู้ชนะรางวัลโนเบลสำหรับการพัฒนาวิธีการไมโครสโคปความละเอียดสูง - ในวัสดุ" Beyond the Diffraction Barrier: รางวัลโนเบลสาขาเคมี ปี 2014» . ในข้อความ " » อธิบาย วิธีการใหม่การเตรียม micropreparations ซึ่งสามารถปรับปรุงความละเอียดได้อย่างมาก - เอ็ด

ดังนั้น "ทรานส์ยีน" จึงเป็นพืชชนิดเดียวกัน (ในกรณีของเราคือ Arabidopsis) เพียงแค่ติดตั้งโปรตีนพิเศษเพื่อสร้างแบบจำลองการทดลองใหม่ ปรากฎว่าเรานำรูบาร์บของทาลและแนะนำยีนโปรตีนเรืองแสงสีเขียวเข้าไปในดีเอ็นเอของมัน ( GFP โปรตีนเรืองแสงสีเขียว). จากนั้นเราจะตรวจสอบพืชที่ถูกแปลงสภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบคอนโฟคอลแบบพิเศษที่ส่องไฟด้วยเลเซอร์ และอย่างที่พวกเขาพูด voila - เราได้ภาพดิจิทัลที่เอาต์พุตซึ่งโครงสร้างภายในมองเห็นได้อย่างสมบูรณ์โดยเฉพาะโครงร่างโครงร่างของแอกตินที่เราต้องการ (รูปที่ 4) .

* - ความสำคัญของ GFP สำหรับการทดลองทางชีววิทยานั้นสูงมากจนได้รับรางวัลโนเบลสำหรับการค้นพบเครื่องหมายนี้: “ » . อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ไม่พอใจและแสดงให้โลกเห็นถึงโปรตีนเรืองแสงรุ่นใหม่: » . - สีแดง.

รูปที่ 4 นี่คือลักษณะของโครงร่างโครงร่างโครงร่างของรูตแอคตินเมื่อส่องสว่างด้วยเลเซอร์ไมโครสโคปแบบคอนโฟคอลเส้นใยบางที่สว่างเป็นไมโครฟิลาเมนต์ ขอบเซลล์เรืองแสงน้อยกว่า แถบมาตราส่วนคือ 50 µm ภาพถ่ายของผู้เขียน

ทิศทางใหม่: อะไรต่อไป?

บางทีอาจมีคนสนใจว่าทำไมการศึกษาดังกล่าวโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบคอนโฟคอลจึงมีความจำเป็นและดำเนินการที่ไหน? พฤติกรรมของพืชในอวกาศ - ธีมสากลการวิจัยที่จิตใจทางวิทยาศาสตร์จำนวนมากกำลังทำงานอยู่ อย่างไรก็ตาม ฉันสามารถตั้งชื่อสถานที่เฉพาะที่มีการศึกษากระบวนการ Gravitropism อย่างแข็งขันที่สุดได้เช่นกัน - นี่คือภาควิชาสรีรวิทยาและชีวเคมีของพืชในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก มหาวิทยาลัยของรัฐ. ที่นี่ได้มีการสรุปผลการทดลองโดยเฉพาะซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง รวมถึงเหตุผลที่ฉันเป็นนักศึกษาของแผนกนี้และกำลังทำงานเกี่ยวกับวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาโทของฉัน (ฉันขอขอบคุณศูนย์ทรัพยากร "การพัฒนาเทคโนโลยีระดับโมเลกุลและเซลลูล่าร์" ของ St. Petersburg State University สำหรับความช่วยเหลือและโดยเฉพาะอย่างยิ่งคอนเฟคที่ยอดเยี่ยมของพวกเขา กล้องจุลทรรศน์ Leica TCS SPE)

และตอนนี้เมื่อทำความคุ้นเคยกับเครื่องมือหลักแล้ว เราก็หันไปหาผลการทดลองโดยตรง ปัญหาพื้นฐานที่เราสนใจในการทำงานของเราคือพฤติกรรมของพืชในอวกาศ และเพื่อแก้ปัญหานั้น เราได้ทำการทดลองเกี่ยวกับการจำลองแรงโน้มถ่วงของตัวอย่างพืชด้วยการแสดงภาพโครงร่างโครงร่างของแอคตินต่อไป ภารกิจคือการเปรียบเทียบรากของการควบคุม (การเจริญเติบโตในแนวตั้ง) กับพืช Arabidopsis ที่กระตุ้นด้วยแรงโน้มถ่วง (ตั้งอยู่ในแนวนอน) ตลอดจนศึกษาผลกระทบของรีเอเจนต์ต่างๆ

ปรากฎว่าในพืชที่กำลังพัฒนาตามปกติ (แนวตั้ง) มีไมโครฟิลาเมนต์เชิงแกนจำนวนมาก นั่นคือไมโครฟิลาเมนต์ที่กำกับร่วมกับเวกเตอร์แรงโน้มถ่วง แต่ในกรณีของแรงกระตุ้นโน้มถ่วง เมื่อ Arabidopsis นอนตะแคง จะเกิดการเปลี่ยนแปลง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สัดส่วนของเส้นใยแอกตินที่อยู่ในแนวเฉียงหรือตั้งฉากกับพื้นผิวโลกจะเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่ารูตได้เรียนรู้จริงๆ ว่าด้านบนและด้านล่างไม่เหมือนกับเมื่อก่อนแล้ว และหลังจากนั้น 20-30 นาทีหลังจาก “โพลชิฟ” จะเริ่มปรับตัวเข้ากับสภาวะใหม่อย่างแข็งขันอันเนื่องมาจากการปรับโครงสร้างโครงร่างของโครงร่างเซลล์ใหม่ กลไกเหล่านี้รองรับการก่อตัวของส่วนโค้งกราวิโทรปิก ซึ่งเป็นโครงสร้างที่เราพูดคุยกันมานานและหนักหน่วง

ได้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจยิ่งขึ้นไปอีกเมื่อพืชชนิดเดียวกันได้รับการบำบัดด้วยรีเอเจนต์ต่างๆ (รูปที่ 5) เป็นที่ทราบกันดีว่าภายใต้ความเครียด (เช่น ในระหว่างการกระตุ้นแรงโน้มถ่วง) เซลล์พืชเริ่มสังเคราะห์ฮอร์โมนความเครียด - เอทิลีนซึ่งยับยั้งกระบวนการเจริญเติบโตของรากและการพัฒนาของยอด แต่ไม่รบกวนปฏิกิริยากราวิโทรปิก ที่ การประมวลผลเพิ่มเติมการรักษาราก Arabidopsis ด้วยสารละลายของ ethephon (ซึ่งทำให้เกิดเอทิลีน) เผยให้เห็นการถอดแยกชิ้นส่วนของโครงร่างเซลล์เกือบทั้งหมด และยิ่งพืชได้รับผลดังกล่าวนานเท่าใด ไมโครฟิลาเมนต์ของแอคตินก็จะยิ่งถูกทำลายมากขึ้นเท่านั้น โค้งงอกราวิโทรปิก แต่รากสั้นกว่ามาก

กรดซาลิไซลิกเร่งการจัดโครงสร้างใหม่ของโครงร่างโครงร่างและโดยทั่วไปยับยั้งปฏิกิริยากราวิโทรปิกเนื่องจากการปราบปรามการสังเคราะห์เอทิลีน นั่นคือรากของพืชไม่รับรู้ถึงการพลิกกลับ 90 องศาว่าเป็นความเครียด: ท้ายที่สุดแล้วเอทิลีนซึ่งออกแบบมาเพื่อส่งสัญญาณการเปลี่ยนแปลงที่เครียดก็ไม่ได้รับการปลดปล่อย อย่างไรก็ตาม หลังจากผ่านไปหนึ่งชั่วโมง ผลของซาลิไซเลตก็ลดลง และพืชที่รู้สึกเครียดก็อาจโค้งงอได้

แต่เมื่อนำ Ca 2+ ออกจากผนังเซลล์ด้วยสารละลาย EGTA (ซึ่งส่งเสริมการยึดเกาะของแคลเซียมไอออน) การก่อตัวของกราวิโทรปิกก็ถูกยับยั้งอย่างสมบูรณ์

สรุปแล้ว เราสามารถพูดได้ว่าสารทั้งหมดเหล่านี้มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช และสามารถทั้งระงับความเครียดและเพิ่มผลของแรงโน้มถ่วงได้

รูปที่ 5. พืชที่ได้รับการบำบัดต่างๆ บนบรรทัดบนสุด- ตำแหน่งปกติ (แนวตั้ง) ของราก ที่ส่วนลึกสุด- รากกระตุ้นแรงโน้มถ่วง (คว่ำ) ในกรณีของ EGTA มีการใช้สีย้อมสองสี: สีฟ้าแสดงโครงร่างโครงร่างโครงร่างของแอกติน และสีแดงม่วงแสดงนิวเคลียสของเซลล์ ภาพถ่ายของผู้เขียน

รูปแบบแนวตั้งและแนวนอน (ในกรณีพืชหมุน 90 องศาตามเข็มนาฬิกา) การเจริญเติบโตของ Arabidopsis ภายใน 12 ชั่วโมง Col-0 - แบบป่า, GFP-fABD2- พืช Col-0 แปลงด้วยโครงสร้าง GFP-fABD2 ในกรณีของตัวอย่างแรงโน้มถ่วง ( ด้านขวา) สังเกตการก่อตัวของส่วนโค้งแรงโน้มถ่วงภายใต้อิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงในเวกเตอร์แรงโน้มถ่วง ลูกศรแสดงส่วนปลายของราก ซึ่งเป็นเซลล์ที่ใช้เป็นวัตถุสำหรับศึกษาโครงร่างโครงร่างโครงร่างของแอกติน

อันที่จริง การวิจัยนี้เพิ่งเริ่มต้น เรายังมีการทดลองใหม่ที่เกี่ยวข้องกับการรักษารูบาร์บของทาลด้วยสารกระตุ้นการเจริญเติบโตและสารยับยั้งต่างๆ สารควบคุมการขนส่งออกซิน ยังไงก็ตาม ยังไม่มีบทความทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นทางการ: หลังจากทั้งหมด งานไม่หยุด แท้จริงทุกสัปดาห์เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับผลลัพธ์ใหม่

ฉันคิดว่าคำถามอาจเกิดขึ้น: เหตุใดการทดลองเหล่านี้จึงจำเป็น เพื่อให้เข้าใจกลไกการตอบสนองต่อความเครียดได้ดีขึ้นภายใต้สภาวะการเปลี่ยนแปลงเวกเตอร์ของแรงโน้มถ่วง ซึ่งจะช่วยให้เข้าใจได้ดีขึ้นว่าพืชต้องเผชิญอะไรในสภาวะแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์

เมื่อไหร่จะมีชีวิตบนดาวอังคาร?

ความคิดของแผนการบินของผู้คนไปยังดาวอังคารโดยมีเป้าหมายเพื่อสร้างอาณานิคมนั้นไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่การโต้เถียงกันในประเด็นนี้เริ่มต้นตั้งแต่วินาทีแรกที่แนวคิดนี้แสดงออกมา มีคนคลางแคลงมากมายทั้งตอนนั้นและตอนนี้

บทความที่ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้อ้างว่ามีความเป็นไปได้ที่เรือดาวอังคารจะกลายเป็นเรือผีหากเกิดเปลวไฟโดยไม่ได้วางแผนบนดวงอาทิตย์ระหว่างการบิน ปริมาณรังสีในกรณีนี้จะเพิ่มขึ้นตามลำดับความสำคัญและฆ่าลูกเรือได้ง่าย

อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง - แม้ว่าจะช้าถ้าเรากำลังพูดถึงการเดินทางระหว่างดาวเคราะห์ แต่ก็ยัง ... โครงการยานอวกาศที่มีพื้นผิวป้องกันเฉพาะที่สามารถให้ การป้องกันที่เชื่อถือได้ตลอดระยะเวลาการบิน ดังนั้นจึงพิจารณาปัญหาการแผ่รังสีได้ ในทางทฤษฎีแก้ไขแล้ว

ในบทความเดียวกัน ผู้เขียนแสดงความเห็นว่าโดยหลักการแล้วบุคคลไม่สามารถดำรงอยู่และทำงานร่วมกับคนกลุ่มเดียวกันได้เป็นเวลานาน วันหนึ่งนักบินอวกาศอาจฆ่ากันเองเพียงเพราะมีคนเหยียบเท้าคนอื่น และความเครียดคือการตำหนิสำหรับทุกสิ่งโดยเฉพาะอย่างยิ่งจากข้อเท็จจริงที่ว่าไม่มีที่ไหนให้รอความช่วยเหลือใน "กับดักหนู" ของมาร์โซเลตและไม่มีแคปซูลกู้ภัยสำหรับการหลบหนีไปยังโลก

ความเครียดฆ่าได้จริง แต่มาดูหน้าโครงการกัน Mars One(รูปที่ 6) ในส่วน "การคัดเลือกผู้สมัคร" - และเราจะเห็นว่าความสามารถในการรับมือกับความซับซ้อนและ สถานการณ์ความขัดแย้ง(การต้านทานความเครียดที่เรียกว่า) อาจเป็นเกณฑ์การคัดเลือกหลักสำหรับนักบินอวกาศในอนาคต นอกจากนี้ ผู้เข้าร่วมโครงการคือผู้ที่ต้องการเปลี่ยนแปลงชีวิตตนเองอย่างรุนแรง ตรงกันข้ามกับนักบินอวกาศมืออาชีพที่ได้รับ งานเฉพาะมักจะละเลยความคิดเห็นส่วนตัว

ไม่ว่าในกรณีใด ยังไม่ถึงเวลาสำหรับการล่าอาณานิคมของดาวอังคาร และเรามีเวลาข้างหน้าอย่างน้อยสิบปี ผู้สมัครที่ได้รับการคัดเลือกจากการแข่งขันเพื่อเข้าร่วมในโครงการจะได้รับการฝึกอบรมที่ยาวนานและการฝึกอบรมอย่างละเอียดเกี่ยวกับโลก จะเกิดอะไรขึ้น - เรามาดูกัน!

กลับไปที่ผลลัพธ์ของการทดลองในห้องปฏิบัติการล้วนๆของเราควรจะกล่าวว่าพวกเขามี ความสำคัญโดยเฉพาะสำหรับ วิทยาศาสตร์พื้นฐาน. อย่างไรก็ตาม ฉันหวังว่าสักวันหนึ่งการศึกษาเหล่านี้จะเป็นพื้นฐานของโครงการเพื่อการเติบโต ผักสดและผลไม้บนยานอวกาศหรือแม้แต่บนดาวเคราะห์ดวงอื่น (ฉันขอเตือนคุณว่าจนถึงตอนนี้ มีตัวอย่างข้าวสาลีและผักกาดหอมเพียงไม่กี่ตัวอย่างเท่านั้นที่สามารถผ่านวงจรพืชเต็มรูปแบบในสภาพอวกาศได้) ความสนใจในอวกาศนอกโลกมาพร้อมกับการพัฒนาของอารยธรรม แม้ว่าพื้นที่นี้จะมีความหมายแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ในตอนนี้ เพื่อตอบสนองความสนใจของมนุษย์ มนุษยชาติสามารถพัฒนาแผนเฉพาะ จำลองสถานการณ์ เพื่อที่ว่าภายหลังจากการคำนวณและผลการทดลอง "หลอดฟาง" จะ "กระจาย" ในทุกที่ที่ทำได้ มองแล้วสวนดาวอังคารจะเบ่งบาน? ..

โครงการอวกาศนานาชาติ Mars Oneได้พูดคุยกันพอสมควรแล้วในสื่อ การรับสมัครของผู้สมัครที่ตัดสินใจซื้อตั๋วเที่ยวเดียวเสร็จสมบูรณ์แล้ว ผู้จัดการโครงการต้องเผชิญกับงานที่น่ากลัวในการเตรียมทั้งหมด เงื่อนไขที่จำเป็นเพื่ออำนวยความสะดวกในการเริ่มต้นการล่าอาณานิคมของดาวเคราะห์แดง (รูปที่ 7) ชาวอาณานิคมตั้งเป้าหมายที่ทะเยอทะยานสำหรับการเปลี่ยนแปลงของดาวอังคาร: มันควรจะละลายน้ำแข็งที่นั่น ทำให้เกิดภาวะเรือนกระจก และเมื่อวัฏจักรของน้ำมีเสถียรภาพ พืชบนดาวเคราะห์ดวงนี้ ในระหว่างนี้ เรากำลังศึกษาพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิตในพืชโดยหวังว่าจะประสบความสำเร็จในการสำรวจอวกาศใหม่ๆ

รูปที่ 7 หนึ่งในวัตถุประสงค์หลักของการสำรวจทางวิทยาศาสตร์คือเพื่อศึกษาอิทธิพลของดาวอังคารที่มีต่อพืชและจากนั้นต่อร่างกายของพวกมันเอง วาดจาก eggheado.com . ;

มนุษยชาติต้องการความรู้ทั้งหมดที่รวบรวมโดยนักวิทยาศาสตร์มาเป็นเวลาหลายร้อยปีเพื่อเริ่มการบินในอวกาศ แล้วชายคนนั้นก็เผชิญหน้า ปัญหาใหม่- สำหรับการตั้งอาณานิคมของดาวเคราะห์ดวงอื่นและเที่ยวบินระยะไกล จำเป็นต้องพัฒนาระบบนิเวศแบบปิด รวมถึง - เพื่อให้อาหาร น้ำ และออกซิเจนแก่นักบินอวกาศ การส่งอาหารไปยังดาวอังคารซึ่งอยู่ห่างจากโลก 200 ล้านกิโลเมตรนั้นมีราคาแพงและยากลำบาก การผลิตสินค้าที่ง่ายต่อการใช้งานบนเที่ยวบินและบนดาวเคราะห์แดงจะมีเหตุผลมากกว่า

สภาวะไร้น้ำหนักส่งผลกระทบต่อเมล็ดพืชอย่างไร? ผักชนิดใดจะไม่เป็นอันตรายหากปลูกในดินที่อุดมด้วยโลหะหนักบนดาวอังคาร จะสร้างสวนบนยานอวกาศได้อย่างไร? นักวิทยาศาสตร์และนักบินอวกาศมองหาคำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้มานานกว่าห้าสิบปี

Konstantin Tsiolkovsky เขียนไว้ใน The Purpose of Astronautics ว่า “ให้เราลองนึกภาพพื้นผิวทรงกรวยหรือกรวยยาวๆ ที่ฐานหรือช่องเปิดกว้างซึ่งปกคลุมด้วยพื้นผิวทรงกลมโปร่งใส มันหันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์โดยตรง และกรวยหมุนรอบแกนยาว (ความสูง) บนผนังด้านในทึบของกรวยมีชั้นดินชื้นที่มีพืชปลูกไว้ ดังนั้นเขาจึงเสนอให้สร้างแรงโน้มถ่วงให้กับพืชเทียม ควรเลือกพืชที่อุดมสมบูรณ์ ขนาดเล็ก ไม่มีลำต้นหนาและส่วนที่ไม่โดนแสงแดด ดังนั้นผู้ตั้งอาณานิคมสามารถจัดหาสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพและองค์ประกอบขนาดเล็กบางส่วนและสร้างออกซิเจนและน้ำใหม่ได้

ในปี 1962 Sergei Korolev หัวหน้านักออกแบบของ OKB-1 ได้กำหนดภารกิจ: "เราควรเริ่มพัฒนา "Greenhouse (OR) ตาม Tsiolkovsky" โดยค่อยๆเพิ่มลิงก์หรือบล็อกและเราควรเริ่มทำงานเกี่ยวกับ "พืชอวกาศ" ”

ต้นฉบับ K.E. Tsiolkovsky "อัลบั้มการเดินทางในอวกาศ", 2476 แหล่งที่มา

สหภาพโซเวียตเปิดตัวดาวเทียมโลกเทียมดวงแรกขึ้นสู่วงโคจรเมื่อวันที่ 4 ตุลาคม 2500 ยี่สิบสองปีหลังจากการตายของ Tsiolkovsky เมื่อเดือนพฤศจิกายนของปีเดียวกัน ไลก้าผู้เป็นพ่อพันธุ์แม่พันธุ์ถูกส่งไปในอวกาศ สุนัขตัวแรกที่ควรจะเปิดทางสู่อวกาศให้กับผู้คน ไลกาเสียชีวิตด้วยอาการร้อนจัดภายในเวลาเพียงห้าชั่วโมง แม้ว่าเที่ยวบินจะมีกำหนดไว้เป็นสัปดาห์ แต่คราวนี้ก็เพียงพอแล้วสำหรับออกซิเจนและอาหาร

การบินของ Belka และ Strelka ในเดือนสิงหาคม 1960 ประสบความสำเร็จมากกว่าทั้งสำหรับสุนัขและสำหรับสัตว์ที่มากับพวกเขา - หนูสี่สิบตัวและหนูสองตัว นักวิทยาศาสตร์โซเวียตได้ส่งเมล็ดข้าวโพด ข้าวสาลี ถั่วลันเตา และหัวหอมไปในอวกาศร่วมกับเรือโนอาห์นี้ ทีมงานทั้งหมดลงสู่พื้นโลกในภาชนะที่ออกแบบมาสำหรับเที่ยวบินของมนุษย์ในอนาคต แต่ยังไม่เพียงพอ ผู้ชายต้องเริ่มทำฟาร์มในอวกาศ

หมาไลก้า สุนัขตัวแรกในวงโคจรโลก

ในหนังสือ Space for Earthlings นักบินอวกาศ Georgy Beregovoy สมาชิกคนหนึ่งของการสำรวจ Soyuz-3 เขียนว่าเป็นเรื่องธรรมดาที่บุคคลจะรู้สึกถึงความรู้สึกเป็นส่วนหนึ่งของธรรมชาติของโลก ไม่ว่าเขาจะอยู่ที่ใด: “แต่เมื่อคุณพบว่าตัวเองอยู่นอกโลก ดาวเคราะห์พื้นเมืองนี้เป็นที่รับรู้โดยเฉพาะอย่างยิ่งเฉียบพลัน ให้ความสนใจกับความตื่นเต้นและความอบอุ่นที่นักบินอวกาศพูดถึงว่าโลกมองจากระดับความสูงของวงโคจรอย่างไร ถ้าชิ้นส่วนของโลกที่มีชีวิตเดินทางไปกับพวกเขาในความว่างเปล่าอันไร้ชีวิตชีวา ความกังวลสำหรับ "ชาวชนบท" จะกลายเป็นเรื่องละเอียดอ่อน แม้ว่า "ชาวชนบท" เหล่านี้จะเป็นก้านสีเขียวของถั่วธรรมดา อย่างไรก็ตาม เขาเป็นคนที่เติบโตบน Salyut-4 โดย A. Gubarev และ G. Grechko จากนั้นผู้เข้าร่วมการสำรวจครั้งต่อไปก็ปลูกอีกครั้ง - P. Klimuk และ V. Sevastyanov

สถานีโคจร Salyut-4 ซึ่งเปิดตัวในปี 1974 มีโรงงานโอเอซิสสำหรับการเพาะปลูกพืชในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง Georgy Grechko เขียนไว้ในหนังสือ Cosmonaut No. 34 ว่าการทำงานกับระบบเป็นหนึ่งในระบบมากที่สุด การทดลองที่น่าสนใจในเที่ยวบินของเขา การตั้งค่าเป็นแบบไฮโดรโปนิกส์ไม่มีดินถั่วต้องงอกในผ้ากอซแช่ หลังจากเริ่มทำงานกับ Oasis ได้ไม่นาน นักบินอวกาศสังเกตเห็นว่าน้ำไม่ได้ไหลเข้าไปใน cuvette อันหนึ่ง และมีน้ำมากเกินไปในที่อื่น ทำให้ถั่วเน่าเปื่อย หยดน้ำขนาดใหญ่ตกลงมาจากการติดตั้งหลังจากนั้น Grechko ไล่ผ้าเช็ดปากไปรอบสถานี เขาตัดสายยางและรดน้ำถั่วด้วยมือขณะเล่นซอกับเครื่องเป็นเวลาหลายชั่วโมง

นักบินอวกาศยอมรับว่าเพราะความเกลียดชังต่อชีววิทยาที่โรงเรียน เขาเกือบจะทำลายการทดลองนี้ เขาคิดว่าถั่วงอกพันผ้า เติบโตอย่างไม่ถูกต้อง และหลุดพ้นจากผ้าก๊อซ แต่สิ่งนี้ไม่ได้ช่วยอะไร ปรากฎว่าเขาสับสนรากกับลำต้น

การทดสอบสิ้นสุดลงเรียบร้อยแล้ว เป็นครั้งแรกในอวกาศที่พืชได้หมุนเวียนจากเมล็ดไปยังก้านอัญชัน แต่จาก 36 เมล็ด มีเพียงสามเมล็ดที่แตกหน่อและเติบโต

"โอเอซิส-1" ใน พิพิธภัณฑ์อนุสรณ์นักบินอวกาศ แหล่งที่มา

นักวิทยาศาสตร์ได้แนะนำว่าปัญหาเกิดขึ้นเนื่องจากการปฐมนิเทศทางพันธุกรรม - ต้นกล้าควรไปถึงแสงและราก - ไปในทิศทางตรงกันข้าม พวกเขาปรับปรุงโอเอซิส และการสำรวจครั้งต่อไปก็นำเมล็ดพันธุ์ใหม่เข้าสู่วงโคจร

ธนูโตแล้ว Vitaly Sevastyanov รายงานไปยัง Earth ว่าลูกศรยาวถึงสิบถึงสิบห้าเซนติเมตร “ธนูอะไร ธนูแบบไหน? เราเข้าใจว่านี่เป็นเรื่องตลกเราให้ถั่วแก่คุณไม่ใช่หัวหอม” พวกเขาพูดจากโลก วิศวกรการบินตอบว่านักบินอวกาศนำหลอดไฟสองหัวจากบ้านไปปลูกไว้เหนือแผน และให้ความมั่นใจกับนักวิทยาศาสตร์ - เมล็ดถั่วงอกเกือบทั้งหมด

แต่ต้นไม้ไม่ยอมบาน ในขั้นตอนนี้พวกเขาเสียชีวิต ชะตากรรมเดียวกันกำลังรอดอกทิวลิปซึ่งบานสะพรั่งในการติดตั้ง Buttercup ที่ขั้วโลกเหนือ แต่ไม่ใช่ในอวกาศ

แต่หัวหอมสามารถรับประทานได้ ซึ่งทำสำเร็จในปี 1978 โดยนักบินอวกาศ V. Kovalenok และ A. Ivanchenkov: “พวกเขาทำได้ดีมาก บางทีตอนนี้เราจะได้รับอนุญาตให้กินหัวหอมเป็นรางวัล

เทคนิค-วัยเยาว์ 2526-47 หน้า 6 ถั่วลันเตาใน "ต้นโอเอซิส"

Cosmonauts V. Ryumin และ L. Popov ในเดือนเมษายน 1980 ได้รับการติดตั้ง Malachite ด้วย กล้วยไม้บาน. กล้วยไม้ติดอยู่กับเปลือกไม้และในโพรง และนักวิทยาศาสตร์รู้สึกว่าพวกมันอาจไวต่อ geotropism น้อยกว่า ซึ่งเป็นความสามารถของอวัยวะพืชในการค้นหาและเติบโตในทิศทางที่แน่นอนเมื่อเทียบกับจุดศูนย์กลาง โลก. ดอกไม้ร่วงหล่นหลังจากผ่านไปสองสามวัน แต่ในขณะเดียวกัน ใบและรากอากาศใหม่ก็ก่อตัวขึ้นในกล้วยไม้ ไม่นานหลังจากนั้น ลูกเรือโซเวียต-เวียดนามจาก V. Gorbatko และ Pham Tuay ได้นำ Arabidopsis ที่โตแล้วมาด้วย

พืชไม่ต้องการเบ่งบาน เมล็ดแตกหน่อ แต่ยกตัวอย่างเช่น กล้วยไม้ไม่บานในอวกาศ นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องช่วยให้พืชรับมือกับสภาวะไร้น้ำหนัก สิ่งนี้ทำได้ด้วยความช่วยเหลือของการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าของโซนราก: นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของโลกอาจส่งผลต่อการเติบโต อีกวิธีหนึ่งเกี่ยวข้องกับแผนการที่ Tsiolkovsky อธิบายเพื่อสร้างแรงโน้มถ่วงเทียม - พืชปลูกในเครื่องปั่นแยก เครื่องหมุนเหวี่ยงช่วยได้ - กะหล่ำถูกวางตามแนวเวกเตอร์แรงเหวี่ยง ในที่สุด นักบินอวกาศก็เข้าทาง Arabidopsis กำลังเบ่งบานใน Svetoblok

ทางด้านซ้ายของภาพด้านล่างคือเรือนกระจก Fiton บนเรือ Salyut-7 เป็นครั้งแรกในเรือนกระจกแบบโคจรนี้ rezukhovidka (Arabidopsis) ของ Talya ผ่านวงจรการพัฒนาเต็มรูปแบบและให้เมล็ดพืช ตรงกลาง - "Svetoblok" ซึ่ง Arabidopsis เบ่งบานเป็นครั้งแรกบนเรือ Salyut-6 ทางด้านขวาคือเรือนกระจกบนเครื่องบิน "Oasis-1A" ที่สถานี "Salyut-7": มันถูกติดตั้งด้วยระบบชลประทานกึ่งอัตโนมัติแบบมิเตอร์, การเติมอากาศและการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าของรากและสามารถเคลื่อนย้ายภาชนะที่กำลังเติบโตด้วยพืชที่สัมพันธ์กัน ไปยังแหล่งกำเนิดแสง

"Fiton", "Svetoblok" และ "Oasis-1A"

การติดตั้ง "Trapezia" เพื่อศึกษาการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช แหล่งที่มา

ชุดเมล็ดพันธุ์

บันทึกเที่ยวบินของสถานี Salyut-7 สเก็ตช์โดย Svetlana Savitskaya

เรือนกระจกอัตโนมัติแห่งแรกของโลก "Svet" ได้รับการติดตั้งที่สถานี Mir นักบินอวกาศชาวรัสเซียทำการทดลองหกครั้งในเรือนกระจกแห่งนี้ในช่วงปี 1990-2000 พวกเขาปลูกผักกาด หัวไชเท้า และข้าวสาลี ในปี พ.ศ. 2539-2540 สถาบันปัญหาชีวการแพทย์ของ Russian Academy of Sciences วางแผนที่จะปลูกเมล็ดพืชที่ได้รับในอวกาศนั่นคือเพื่อทำงานร่วมกับพืชสองรุ่น สำหรับการทดลอง เลือกกะหล่ำปลีป่าที่มีความสูงประมาณยี่สิบเซนติเมตร พืชมีหนึ่งลบ - นักบินอวกาศต้องจัดการกับการผสมเกสร

ผลลัพธ์นั้นน่าสนใจ - เมล็ดของรุ่นที่สองได้รับในอวกาศและพวกมันก็แตกหน่อ แต่ต้นไม้เติบโตเป็นหกเซนติเมตรแทนที่จะเป็นยี่สิบห้า Margarita Levinskikh นักวิจัยจาก Institute of Medical and Biological Problems of the Russian Academy of Sciences กล่าวว่า Michael Fossum นักบินอวกาศชาวอเมริกันได้ทำการผสมเกสรพืชอย่างดี

วิดีโอของ Roscosmos เกี่ยวกับการปลูกพืชในอวกาศ เวลา 4:38 - ปลูกพืชที่สถานี Mir

ในเดือนเมษายน 2014 เรือบรรทุกสินค้า Dragon SpaceX ได้ส่งมอบโรงงานปลูกผักสีเขียวให้กับสถานีอวกาศนานาชาติ และในเดือนมีนาคม นักบินอวกาศได้เริ่มทดสอบพื้นที่เพาะปลูกในวงโคจร การติดตั้งควบคุมแสงและการไหล สารอาหาร. ในเดือนสิงหาคม 2558 ผักสดที่ปลูกในสภาวะไร้น้ำหนักได้รวมอยู่ในเมนูของนักบินอวกาศ

ผักกาดหอมที่ปลูกบนสถานีอวกาศนานาชาติ

นี่คือหน้าตาของการปลูกถ่ายสถานีอวกาศในอนาคต

เรือนกระจก Lada ดำเนินการในส่วนรัสเซียของสถานีอวกาศนานาชาติสำหรับการทดลอง Plants-2 ในช่วงปลายปี 2016 หรือต้นปี 2017 เวอร์ชัน Lada-2 จะปรากฏบนเครื่อง สถาบันปัญหาชีวการแพทย์ของ Russian Academy of Sciences กำลังทำงานในโครงการเหล่านี้

การผลิตพืชอวกาศไม่ได้จำกัดอยู่แค่การทดลองในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง เพื่อที่จะไปยึดครองดาวเคราะห์ดวงอื่น บุคคลจะต้องพัฒนา เกษตรกรรมบนพื้นดินซึ่งแตกต่างจากโลกและในชั้นบรรยากาศซึ่งมีองค์ประกอบต่างกัน ในปี 2014 นักชีววิทยา Michael Mautner ปลูกหน่อไม้ฝรั่งกับมันฝรั่งบนดินอุกกาบาต เพื่อให้ได้ดินที่เหมาะสมสำหรับการเพาะปลูก อุกกาบาตถูกบดเป็นผง จากประสบการณ์ เขาสามารถพิสูจน์ได้ว่าแบคทีเรีย เชื้อราด้วยกล้องจุลทรรศน์ และพืชสามารถเติบโตบนดินที่มีต้นกำเนิดจากนอกโลกได้ วัสดุของดาวเคราะห์น้อยส่วนใหญ่ประกอบด้วยฟอสเฟต ไนเตรต และบางครั้งมีน้ำ

หน่อไม้ฝรั่งที่ปลูกบนดินดาวตก

ในกรณีของดาวอังคารที่มีทรายและฝุ่นมาก ไม่จำเป็นต้องทำการบดหิน แต่จะมีปัญหาอื่น - องค์ประกอบของดิน มีโลหะหนักในดินของดาวอังคารซึ่งปริมาณที่เพิ่มขึ้นในพืชเป็นอันตรายต่อมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์เลียนแบบดินบนดาวอังคารและปลูกพืชหลายชนิดจากพืชหลายชนิดตั้งแต่ปี 2013

จากผลการทดลอง นักวิทยาศาสตร์พบว่าเนื้อหาของโลหะหนักในถั่ว หัวไชเท้า ข้าวไรย์ และมะเขือเทศที่ปลูกบนดินจำลองบนดาวอังคารไม่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์ยังคงสำรวจมันฝรั่งและพืชผลอื่นๆ ต่อไป

นักวิจัย Wager Vamelink ตรวจสอบพืชที่ปลูกบนดินจำลองบนดาวอังคาร ภาพ: รูปภาพ Joep Frissel/AFP/Getty

ปริมาณโลหะในพืชผลที่เก็บเกี่ยวบนโลกและการจำลองดินบนดวงจันทร์และดาวอังคาร

งานที่สำคัญอย่างหนึ่งคือการสร้างวงจรการช่วยชีวิตแบบปิด พืชได้รับ คาร์บอนไดออกไซด์และของเสียของลูกเรือ ในทางกลับกัน พวกเขาให้ออกซิเจนและผลิตอาหาร นักวิทยาศาสตร์ทดสอบความเป็นไปได้ของการใช้ในอาหาร สาหร่ายเซลล์เดียวคลอเรลล่าที่มีโปรตีน 45% และไขมัน 20% และคาร์โบไฮเดรต แต่อาหารที่มีคุณค่าทางโภชนาการในทางทฤษฎีนี้ไม่ได้ถูกดูดซึมโดยมนุษย์เนื่องจากมีผนังเซลล์หนาแน่น มีวิธีแก้ปัญหานี้ เป็นไปได้ที่จะแยกผนังเซลล์ด้วยวิธีทางเทคโนโลยี โดยใช้การอบชุบด้วยความร้อน ดินสอสีสำหรับเจียร หรือวิธีการอื่นๆ คุณสามารถใช้เอนไซม์ที่พัฒนาขึ้นสำหรับคลอเรลลาโดยเฉพาะซึ่งนักบินอวกาศจะรับประทานพร้อมกับอาหาร นักวิทยาศาสตร์ยังสามารถดึง GMO คลอเรลล่าออกมาได้ ซึ่งผนังของมันสามารถย่อยสลายได้ด้วยเอ็นไซม์ของมนุษย์ Chlorella สำหรับโภชนาการในอวกาศยังไม่ได้รับการพัฒนา แต่ใช้ใน ระบบนิเวศแบบปิดเพื่อการผลิตออกซิเจน

การทดลองกับคลอเรลล่าได้ดำเนินการบนสถานีวงโคจร Salyut-6 ในปี 1970 ยังคงเชื่อกันว่าการอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักไม่ได้ส่งผลเสีย ร่างกายมนุษย์- มีข้อมูลน้อยเกินไป พวกเขายังพยายามศึกษาผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตด้วยความช่วยเหลือของคลอเรลล่า วงจรชีวิตซึ่งมีความยาวเพียงสี่ชั่วโมงเท่านั้น สะดวกในการเปรียบเทียบกับคลอเรลล่าที่ปลูกบนโลก

แหล่งที่มา

อุปกรณ์ IFS-2 มีไว้สำหรับการเจริญเติบโตของเชื้อรา การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อและจุลินทรีย์ และสัตว์น้ำ แหล่งที่มา

ตั้งแต่ปี 1970 มีการทดลองในสหภาพโซเวียตเมื่อ ระบบปิด. ในปีพ. ศ. 2515 การทำงานของ "BIOS-3" เริ่มขึ้น - ระบบนี้ยังคงใช้งานอยู่ คอมเพล็กซ์มีห้องสำหรับปลูกพืชในการควบคุม สภาพเทียม- ไฟโตตรอน พวกเขาปลูกข้าวสาลี ถั่วเหลือง ผักกาดชูฟู แครอท หัวไชเท้า หัวบีต มันฝรั่ง แตงกวา สีน้ำตาล สีน้ำตาล กะหล่ำปลี ผักชีฝรั่ง และหัวหอม นักวิทยาศาสตร์สามารถบรรลุวัฏจักรปิดของน้ำและอากาศได้เกือบ 100% และโภชนาการสูงถึง 50-80% เป้าหมายหลักของศูนย์นานาชาติสำหรับระบบนิเวศปิดคือการศึกษาหลักการทำงานของระบบดังกล่าวที่ระดับความซับซ้อนที่แตกต่างกันและพัฒนา รากฐานทางวิทยาศาสตร์การสร้างสรรค์ของพวกเขา

หนึ่งในการทดลองที่มีชื่อเสียงในการจำลองเที่ยวบินไปยังดาวอังคารและการกลับสู่โลกคือ Mars-500 เป็นเวลา 519 วัน อาสาสมัครหกคนอยู่ในพื้นที่ปิด การทดลองนี้จัดโดย Rokosmos และ Russian Academyวิทยาศาสตร์และองค์การอวกาศยุโรปกลายเป็นหุ้นส่วน บน "เรือ" มีโรงเรือนสองหลัง - ผักกาดหอมปลูกในที่หนึ่งและอีกถั่วหนึ่ง ในกรณีนี้ เป้าหมายไม่ใช่เพื่อปลูกต้นไม้ให้ใกล้เคียงกับสภาพพื้นที่ แต่เพื่อค้นหาว่าต้นไม้มีความสำคัญต่อลูกเรืออย่างไร ดังนั้น ประตูเรือนกระจกจึงถูกปิดผนึกด้วยฟิล์มทึบแสง และติดตั้งเซ็นเซอร์เพื่อบันทึกการเปิดแต่ละครั้ง ในภาพด้านซ้าย สมาชิกของ Mars-500 คือ Marina Tugusheva ทำงานกับเรือนกระจกซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการทดลอง

การทดลองอื่นบน Mars-500 คือ GreenHouse ในวิดีโอด้านล่าง สมาชิกคณะสำรวจ Alexei Sitnev พูดถึงการทดลองและแสดงเรือนกระจกที่มีพืชหลายชนิด

คนจะมีโอกาสตายบนดาวอังคารมากมาย เขาเสี่ยงต่อการชนระหว่างการลงจอด การเยือกแข็งบนพื้นผิว หรือเพียงแค่ไม่บิน และแน่นอนว่าต้องอดตาย การผลิตพืชผลเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการก่อตัวของอาณานิคม และนักวิทยาศาสตร์และนักบินอวกาศกำลังทำงานในทิศทางนี้ ตัวอย่างที่ประสบความสำเร็จการปลูกบางชนิดไม่เพียงแต่ในสภาวะไร้น้ำหนัก แต่ยังอยู่ในดินจำลองของดาวอังคารและดวงจันทร์ด้วย ชาวอาณานิคมในอวกาศจะมีโอกาสทำซ้ำความสำเร็จของ Mark Watney อย่างแน่นอน