Внеземное садоводство. Как выращивать растения в космосе
Перед тем, как осваивать космическое пространство, человечеству придется научиться многому, в том числе и выращивать растения в суровых внеземных условиях. Как этот процесс происходит сегодня, рассказывается в материале The Atlantic
В прошлом месяце на Луне взошли крошечные зеленые растения. Семена хлопка прибыли внутри "Чанъэ-4", китайской исследовательской платформы, которая впервые в истории совершила посадку на обратной стороне Луны. Они находились в привычной, комфортной среде: вода, воздух, почва и система обогрева. Тесно расположенные ростки напоминали миниатюрный зеленый лес. Искорка жизни в бесплодном мире.
Но вскоре все они погибли.
Наступила лунная ночь. При недостатке солнечного света температура поверхности вблизи космического аппарата упала до -52 °C. Система обогрева не была рассчитана на длительный срок службы, и растения замерзли.
Космическое пространство, как и следовало ожидать, недоброжелательно к растениям, людям и вообще большинству живых существ, за исключением, возможно, тихоходок – микроскопических существ, похожих на маленьких медвежат. Если вынести маргаритку из Международной космической станции и подвергнуть ее воздействию космического вакуума, она немедленно погибнет. Вода из клеток вырвется наружу и рассеется в виде пара, останется вымороженный досуха, мертвый цветок.
Китайский эксперимент – это первый случай выращивания биологического материала на Луне (хотя на спутнике Земли уже есть биологическая материя, в том, что NASA деликатно именует "устройствами для сбора испражнений"). Но вообще растения цветут в космосе уже годы. Им просто нужно немного больше заботы и внимания, чем их земным собратьям.
Орбитальный огород
Первой в космосе расцвела резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) – тонкое растение с белыми цветами. Произошло это в 1982 году на борту ныне несуществующей советской станции "Салют". Данный вид был выбран по практическим соображениям: ученые называют Arabidopsis thaliana дрозофилой растительного мира. Благодаря довольно быстрому жизненному циклу она позволяет проводить множество анализов за короткое время.
Первое растение расцвело в космосе еще в 1982 году
Сегодня растения обитают на Международной космической станции, но пройденный ими эволюционный путь не предусматривает существования в столь необычной обстановке. Поэтому они выращиваются в специальных камерах, оборудованных искусственным освещением. Семена высаживаются в богатую питательными веществами субстанцию, напоминающую наполнитель для кошачьего туалета, и посыпаются гранулами удобрений. Вода, которая не может течь сама по себе, подается прямиком к корням. В условиях микрогравитации газы иногда сливаются в пузыри, поэтому сверху установлены вентиляторы, которые помогают поддерживать движение углекислого газа и кислорода.
Самая технологичная камера станции, размером с мини-холодильник, оснащена точными датчиками, отслеживающими условия внутри, а космонавтам нужно всего лишь добавлять воду и менять фильтры. Ученые на Земле могут контролировать все, от температуры и влажности до уровня кислорода и углекислого газа.
Космонавты выращивают несколько сортов салата, редиски, горох, циннии и подсолнечники, и они прекрасно справляются. "Растения очень адаптивны, они вынуждены быть такими, поскольку убежать они не могут", – говорит Джойя Масса, ученый космического центра NASA имени Кеннеди, которая исследует жизнь растений в условиях микрогравитации.
На Земле растения распускают систему корней в поисках питательных веществ. Ученые долгое время предполагали, что частично это зависит от гравитации. Однако, к своему удивлению, они выяснили, что на самом деле это не так, и отсутствие силы тяжести не препятствует развитию растений. На Международной космической станции корни растут по земному образцу, даже не имея притяжения в качестве ориентира.
"Растениям не слишком важна гравитация, если правильно настроить окружающую среду", – говорит Масса.
Яблони на Марсе
Для NASA камеры искусственного климата на космической станции служат предшественниками ферм за пределами Земли. Если люди когда-либо полетят на другую планету, им понадобится достаточно пищи для этого путешествия. NASA много лет совершенствовало термостабилизированные или сублимированные блюда и закуски для астронавтов на МКС – от омлета до курицы терияки. Эта пища рассчитана на длительный срок хранения, но даже она не переживет долгого путешествия на Марс, говорит Джули Робинсон, главный научный сотрудник программы МКС.
У будущих путешественников на Марс не будет особого выбора, кроме как освоить фермерство
"Сегодня у нас нет такой системы, которая бы сохраняла все питательные вещества в пище на протяжении столь длительного времени, даже если бы они были заморожены", – отмечает Робинсон.
Будущие путешественники на Марс, скорее всего, возьмут с собой запас семян и возведут огромное помещение, чтобы посадить первые посевы. Ничто не сможет расти в марсианском грунте, напоминающем вулканический пепел. Он лишен органических веществ (образовавшихся на Земле из поколений разложившихся растений), которые поддерживают жизнь. Он также содержит химические соединения, токсичные для человека. Космонавты могли бы удалить токсины химическими растворами и сделать грунт более пригодным, но, возможно, будет проще скопировать камеры искусственного климата, используемые на МКС.
На Марсе растения, скорее всего, будут обитать в теплицах с контролируемым климатом и ярким освещением, почву заменят богатые питательными веществами гели, а вода будет поступать в корни через жидкие растворы. И каждому жителю Красной планеты понадобится множество таких садов, ведь салаты не растут в чашках Петри.
К слову, жителям МКС уже довелось отведать подобное блюдо. В 2015-м астронавтам разрешили попробовать листья красного салата, выращенного в первой камере выращивания свежих продуктов питания NASA. Они добавили немного бальзамической заправки и перекусили. "Потрясающе! – сказал тогда астронавт NASA Челл Линдгрен. – Очень вкусно".
По словам Массы, на Земле пока еще никто не пробовал космических овощей. Некоторые растения, выращенные на станции, отправляются вниз в лабораторию для изучения, но обычно замороженными или законсервированными в химическом растворе. "Лучше бы замороженными, но все равно не думаю, что в ближайшее время это блюдо будет особо популярно", – полагает Джойя.
Лекарство от стресса
Впрочем, подобные эксперименты проводятся не только с мыслями о питании. Выращивание растений само по себе весьма приятное занятие. Исследования показали, что садоводство успокаивает и может быть полезно для психического здоровья. Во время предстоящих длительных полетов, когда космонавты годами будут сидеть в тесном корабле с одними и теми же людьми, пригодиться может любая расслабляющая активность. Выращивая растения, не предназначенные для употребления в пищу, особенно цветы, космонавты смогут ощущать связь с Землей пока будут лететь через космическую пустоту.
По словам Робинсон, этот процесс может доставлять огромное удовольствие, хотя гибель растений способна по-настоящему опечалить. Впрочем, это неудивительно. Если вы пытались выращивать цветы, а они почти сразу гибли, наверняка, это было обидно. А представьте масштабы разочарования на Марсе, когда ближайший магазин находится в миллионах километров пути.
По материалам The Atlantic