De lansearring fan NASA's Artemis 1-missy nei de moanne yn novimber markearre in oare stap op 'e reis dy't ien dei sil liede ta minsken dy't ús neiste planetêre buorman, Mars, besykje. In minsklike missy sil úteinlik folgje op 'e hakken fan meardere robotyske romtefarders, wêrfan de meast resinte de lâning wie fan' e Perseverance-rover op 'e reade planeet yn febrewaris 2021. Foar minsklike reizen nei Mars binne d'r in protte technologyske problemen op te lossen, kaai ûnder se binne de beskerming fan sinnestrieling en de sûnens fan 'e bemanning, ynklusyf hoe't it it bêste fiedend iten kin leverje. De fokus en útdaging foar in protte saakkundigen dy't it lêste studearje, is hoe't jo de latinte tekoarten kinne foarkomme feroarsake troch it konstante konsumpsje fan gevriesdroogde iten. De beskikberens fan farsk iten sil fansels in grut sûnens- en psychologysk foardiel wêze, en dêrfoar sil it nedich wêze om planten ûnderweis te groeien en te rispjen. Yn dit artikel beoardielje de auteurs aktuele gegevens en ûndersyk oangeande fieding, medyske en psychologyske foardielen, en mooglike metoaden foar groeiende gewaaksen yn djippe romte.
Neffens NASA ferskine fiif grutte gefaren by lange romteflechten: romtestrieling, isolaasje en opsluting, ôfstân fan ierde, lege swiertekrêft, en de fijannige en sletten omjouwing fan in romteskip. Libbene planten en farsk groeid iten kinne in wichtige rol spylje by it stypjen fan trije fan dizze: fieding, medyske behoeften en bemanningspsychology.
Nutrition
It fiedingsbalâns fan iten levere foar romtemisjes moat perfekt wurde oanpast foar in bemanning om in lange reis yn goede sûnens te hâlden
De fiedingsbalâns fan iten levere foar romtemisjes moat perfekt wurde oanpast foar in bemanning om in lange reis yn goede sûnens te hâlden. Om't foarrieden fan ierde lestich sille wêze, is it bepalen fan it juste dieet en har krekte foarm in kritysk doel.
It foarkommen fan elk tekoart oan essensjele fiedingsstoffen is de meast foar de hân lizzende útdaging, en detaillearre fiedingsbehoeften binne ûndersocht troch NASA. In protte fan it hjoeddeistige 'systeem' foar romte-iten is lykwols bewiisd tekort te wêzen. Spesifyk feroarsaket de lange opslach fan iten iten de degradaasje fan vitaminen A, B1, B6 en C.
Kumulatyf gemiddelde gewichtsverlies foar astronauten is 2.4 prosint per 100 dagen yn mikrogravity, sels mei strange resistive oefening tsjinmaatregels. Astronauten hawwe ek bliken dien te lije oan fiedingstekoarten yn potassium, kalzium, fitamine D en fitamine K, om't it levere iten har net tastean om te foldwaan oan de deistige yntakeasken.
Planten befetsje natuerlik vitaminen en mineralen, en de direkte konsumpsje fan farsk iten soe it probleem fan opslach foarkomme. It konsumearjen fan se soe dêrom in geweldige oanfolling wêze foar gevriesdroogde iten.
Astronaut Scott Kelly ferpleegde stjerrende romte-zinnias werom nei sûnens op it ISS. Hy fotografearre in boeket fan 'e blommen yn' e Cupola tsjin 'e eftergrûn fan ierde en dielde de foto op syn Instagram foar Falentynsdei yn 2016.
medicine
Njonken vitaminen en mineralen synthesize planten in protte ferskillende sekundêre metaboliten. Dizze ferbiningen kinne fan grutte help wêze by it foarkommen fan sûnensproblemen. Bygelyks, folaat is belutsen by DNA-reparaasje, mar de easken wurde foldien op mar 64 prosint fan flechtdagen. Om't telomeren, it ein fan chromosomen, bewiisd binne signifikant feroare te wurden tidens lange flechten, kin oanfolling yn folaat fia farske planten helpe om genetyske fergrizing en foarkommen fan kanker te ferminderjen.
Under oare foarbylden kinne grienten ryk oan karotenoïden foarkomme dat it each fersteuring feroarsake wurdt troch mikrogravity, wylst in droege plom-dieet kin helpe foar te kommen troch straling-induzearre bonkenferlies. In protte planten befetsje anty-oksidanten dy't fan grutte help wêze kinne by it beskermjen fan minsklik DNA fan straling-induzearre mutaasjes. In plant-basearre dieet is lykwols net genôch en oare oplossingen moatte ûntwikkele wurde om astronauten te beskermjen tsjin strieling.
psychology
Njonken vitaminen en mineralen synthesize planten in protte ferskillende sekundêre metaboliten
Om't isolaasje en ôfstân in wichtige druk sil pleatse op 'e mentale sûnens fan astronauten, is it miel ien fan' e wichtichste tiden om de stimming te ferljochtsjen. It iten fan gevriesdroogde iten by elke miel soarget foar menuwurgens en astronauten hawwe de neiging om minder te iten oer de tiid. It iten fan farsk iten kin dizze wurgens ferminderje, net yn 't minst by it jaan fan ferskaat yn foarm en tekstuer.
In oare aktiviteit dy't foardielich is foar de mentale sûnens fan 'e bemanning is túnbou. It is bewiisd dat planten groeie en geweldige geunstige effekten hawwe, om't it de astronauten in gefoel jaan kin fan reizgjen mei in stikje ierde. Guon stúdzjes hawwe besocht de planten te finen mei de meast foardielige psychologyske effekten, om't se in heul wichtige faktor kinne wêze foar de mentale sûnens fan 'e bemanning. Bygelyks, aardbeien kinne positive psychologyske reaksjes ferbetterje, lykas krêft en selsweardichheid, depresje en stress ferminderje, wylst koriander de sliepkwaliteit kin ferbetterje.
Sa is plant-basearre romtebou ynteressant op nutritioneel, psychologysk en medysk nivo. It gebrek oan keamer en de bysûndere groeiende betingsten beheine lykwols it oantal en de kar fan gewaaksen.
De eigentlike kar fan brûkte gewaaksen sil ferskille, ôfhinklik fan 'e ûndersochte kritearia en it fjild (fieding, psychology en medisinen) begeunstige. Guon planten mei in lange hâldberens kinne handich wêze, lykas weet of ierappel, mar hawwe it neidiel dat se foar konsumpsje kocht wurde moatte. In oare faktor om te beskôgjen is it fuortplantingssysteem en de bestowingswize fan de planten, om't bisten (lykas ynsekten) net oan board meie.
In list fan potinsjele gewaaksen om te groeien yn 'e romte waard fêststeld, wêrfan guon al oan board waarden kultivearre. De auteurs selekteare fiedings- en agronomyske kritearia as ark foar it kiezen fan har. Sa waard foar psychologyske effekten in wearde fan ien (min) oant fjouwer (max) taskreaun oan de smaak en it uterlik fan it gewaaks of ytbere plant diel.
Tabel fan ferskate gewaaksen mei har fiedings-, medyske, agronomyske en psychologyske skaaimerken geskikt foar lange misjes yn 'e romte.
Planten groeie yn in romteskip
Romte presintearret twa wichtige boarnen fan stress foar planten: kosmyske strieling en mikrogravity.
Straling beynfloedet plantgroei negatyf en fergruttet de risiko's fan genetyske mutaasjes, dus it beskermjen fan planten tsjin strieling moat in prioriteit wêze. Wylst strieling kin wurde befette mei help fan lead en / of wetter skylden, dit fertsjintwurdiget in ekstra massa te pleatsen yn baan. In goede oplossing, dy't ûntstien is út Lockheed Martin's Mars Base Camp (2018), is om brânstofopslach te brûken as stralingsskild.
Mikrogravity, oan 'e oare kant, beynfloedet de groei fan planten net signifikant, hoewol it it kin fertrage. De reaksje fan 'e plant ferskilt lykwols neffens de soarte, om't mikrogravity ynfloed hat op 'e genoom-ekspresje fan 'e plant. It is ûntdutsen dat planten yn mikrogravity mear stress-relatearre genen útdrukke, lykas genen foar waarmte-shock, en har produksje fan stress-relatearre aaiwiten ferheegje. Boppedat is fûn dat sied ferskillende konsintraasjes fan metaboliten hawwe en fertrage kieming.
Mikrogravity hat ek ynfloed op it mikro-omjouwing fan 'e plant, lykas it ûntbrekken fan beweging fan' e sfear, it meitsjen fan in ûngewoane atmosfearyske komposysje en swierrichheden by it wetterjen (mei of sûnder stipe). D'r is gjin loftkonveksje yn 'e bûtenromte, dus as it groeistasjon net genôch ventileare is, sil elk gas dat troch de plant útstjit om har oerflak bliuwe. It is oantoand dat de accumulation fan gasfoarmich ethyleen om de blêden fan planten resultearret yn abnormale blêdûntwikkeling. Oare gassen, lykas koalstofdiokside, oanwêzich yn hege konsintraasjes yn in romteskip, kinne deadlik wêze foar guon planten. Itselde probleem ûntstiet foar it wetterjen fan planten, dus it ûntwikkeljen fan in metoade dy't de woartels net fersûpt sil nedich wêze.
De reaksje fan 'e plant op' e romteomjouwing is lestiger te evaluearjen. Guon aspekten fan dy omjouwing, lykas beheinde romte, kinne ús kar rjochtsje op dwerchfarianten. Guon oare aspekten lykas de reaksje fan 'e plant op mikrogravity ferskille lykwols ôfhinklik fan soarten en fariëteiten. Hoewol't de eksperiminten trochgean moatte, is in bepaald oantal planten al hifke en beskreaun as yn steat om yn romte te groeien en kinne wy se as basis brûke.
De ûntwikkeling fan in selsstannige plantkeamer dy't alle fiedende behoeften fan astronauten dekt koe tsientallen jierren duorje, mar it brûken fan lytse keamers as komplementêre maatregels kin de bemanning helpe mei tekoarten yn vitaminen en fiedingsstoffen (dy't wurde feroare yn ferpakt iten) en ferminderje dieetwurgens.
Mark Vande Hei, Shane Kimbrough, Thomas Pesquet, Akihiko Hoshide en Megan McArthur fan 'e Space X Crew-02 posearje mei har rispinge fan reade en griene chilipepers yn' e ISS yn 2021 foar it Plant-Habitat 04-ûndersyk.
Bioregenerative libbensstipesysteem
It iten fan gevriesdroogde iten by elk miel soarget foar menuwurgens en astronauten hawwe de neiging om minder te iten oer de tiid
Yn in romteskip is romte beheind. Dêrom hinget it sukses fan 'e missy ôf fan regenerative systemen ynbêde yn Life Support Systems (LSS) dy't brûkte saak kinne recyclearje yn brûkbere saak. It Environmental Control and Life Support System (ECLSS) ynstalleare yn it International Space Station (ISS) produsearret soerstof en wetter troch it recycling fan koalstofdiokside en urine; in ferlykber systeem sil nedich wêze foar lange romteflechten.
It idee fan in bioregenerative LSS (BLSS) waard berne yn 'e jierren 1960 om itenproduksje en de recycling fan ôffalstoffen (bygelyks fekale saken) op te nimmen yn 'e ECLSS. In BLSS mei baktearjes en algen koe brûkt wurde om de stikstof yn fêste ôffal werom te recyclearjen yn in brûkbere foarm fan organyske stikstof dy't planten opnimme kinne. In eksperimint nei dat prinsipe - it Micro Ecological Life Support System Alternative (MELiSSA) - is sûnt de jierren '1990 ûntwikkele en útfierd troch de European Space Agency.
Om't wy lykwols hegere planten yn 'e BLSS opnimme, sille wy har yntegraasje moatte studearje mei de oare besteande technologyen foar miljeukontrôle, wat in nije útdaging fertsjintwurdiget. It bepalen fan de kosten en de duorsumens fan dizze lytsere produksjesystemen foar fiedingsgewaaksen sil krityske ynformaasje leverje foar evoluearjen nei in gruttere BLSS.
Skematysk diagram fan it twadde ûntwerp fan 'e groei-ienheid foar poreuze buisplanten.
It ûntwikkeljen fan in plant groei keamer
It brûken fan in hydroponysk systeem om gewaaksen te groeien is in oantreklike mooglikheid, om't it planten groeit yn wetter ynstee fan te fertrouwe op in boaiem-lykas systeem. Dat lêste foeget gewicht ta oan it romteskip en it risiko dat dieltsjes omrinne, twa aspekten dy't it neidiel meitsje. De Advanced Plant Habitat (APH) ynstalleare yn 'e ISS hat al in ferskaat oan dwerchwezen groeid mei in hydroponysk systeem mei in poreuze buiswettersysteem ynbêde yn in woartelmodule mei arcillite en in dongstof mei stadige frijlitting.
Om de túnbouaktiviteiten fan 'e bemanning makliker te meitsjen en te soargjen dat planten yn in optimale omjouwing groeie, moat de gewaakskultuersyklus folslein kontrolearre wurde troch in kompjûter. Sa'n tafersjochsysteem waard yn 2018 testen yn Antarktika. It brûken fan in foar in part automatisearre systeem foar it kweken fan gewaaksen sil derfoar soargje dat de bemanning profitearret fan de oanwêzigens fan planten yn it romteskip (troch se te manipulearjen) en foarkomt dat it probleem fan 'e lânbou te tiidslinend wurdt. Ja, de keamer dy't nedich is om planten te groeien is noch net krekt definiearre en ferskate eksperiminten yn romtelike omjouwings (lykas de HI-SEAS) hawwe oantoand dat dizze aktiviteit lang wurde kin.
It is bewiisd dat planten groeie en geweldige geunstige effekten hawwe, om't it de astronauten in gefoel jaan kin fan reizgjen mei in stik ierde
Uteinlik is NASA's Vegetable Production System, of Veggie, (lansearre yn 2014), dat in groeiende gebiet fan 0.11 m² leveret, in geweldich foarbyld fan in plantgroei-ienheid dy't koe wurde brûkt oan board fan in romteskip, om't it al is testen op 'e ISS. Wat ljochteasken oanbelanget, wurde LED's brûkt mei twa ferskillende golflingten: read (630 nm) en blau (455 nm), om't planten effisjinter groeie ûnder dizze golflingten. In griene LED kin ek nedich wêze om de plant syn natuerlike kleur te jaan, sadat de identifikaasje fan sykten makliker wurdt en de bemanning oan 'e ierde herinnert.
Mizuna (Japanske koal), reade romaine sla en Tokyo bekana (Sineeske koal) groeid yn Veggie ienheid yn it ISS.
Romtebetingsten meitsje stress foar sawol minsken as planten, dus it ûntwerp fan planten dy't kinne groeie yn romteskip en helpe om guon fan 'e spanningen te ferminderjen dy't astronauten ûnderfine, wurdt op it stuit ûndersocht.
Genen dy't belutsen binne by stressreaksjes fan planten binne identifisearre, mar om dy effekten te ferminderjen of te ferminderjen moatte wittenskippers de ekspresje fan besteande genen wizigje of romte-oanpassingsgenen tafoegje oan 'e genomen. Dit kin wurde berikt mei help fan gene editing en guon kandidaat genen binne al spesifyk identifisearre en studearre. Bygelyks, ARG1 (Altered Response to Gravity 1), in gen dat bekend is om swiertekrêftreaksjes yn planten op ierde te beynfloedzjen, is belutsen by de ekspresje fan 127 genen dy't relatearre binne oan oanpassing fan romteflecht. De measte fan 'e genen feroare yn ekspresje yn romteflecht waarden fûn Arg1-ôfhinklik te wêzen, wat suggerearret in wichtige rol foar dat gen yn' e fysiologyske oanpassing fan net-differinsjearre sellen oan romteflecht. HsfA2 (Heat Shock Factor A2) hat in signifikant effekt op romteflecht oanpassing, bygelyks troch setmoal biosynteze. It doel is om stress-inducerende genen te beynfloedzjen en foardielige te befoarderjen.
Oare genen, neamd romte-oanpassingsgenen, lykas genen dy't relatearre binne oan strieling, perchloraat, dwerchisme en kâlde temperatueren, binne mooglik it studearjen wurdich, om't se planten helpe soene tsjin 'e hurde omstannichheden fan romte. Bygelyks, mikro-organismen oanpast oan hypersaline-omjouwings hawwe genen foar UV-resistinsje en perchlorate-resistinsje. In protte dwerchfariëteiten (bgl. fan weet) binne al op it ISS kultivearre en de dwerchcherrytomaat 'Red Robin' kin yn it ISS groeid wurde as ûnderdiel fan NASA's Veg-05-eksperimint.
Wy kinne ek planten ûntwerpe foar sûnens fan astronauten. It befoarderjen fan de accumulation fan foardielige ferbiningen, it meitsjen fan ytbere planten fan it hiele lichem om ôffal te ferminderjen, of it ûntwerpen fan planten om medisinen te produsearjen tsjin de side-effekten fan 'e romte op astronauten binne mooglike manieren om planten nuttich te meitsjen foar de bemanning.
In Whole-Body Edible and Elite Plant (WBEEP) strategy waard brûkt op ierappelplanten, wêrtroch ierdappelstammen en blêden ytber wurde troch it fuortheljen fan de solanine derfan. Om de produksje te remmen, wurde de genen dy't it produsearje, stilte of mutearre troch gen-bewurking. It meitsjen fan dizze WBEEP-ierdappel hat foardielen, om't it in maklik te kultivearjende plant is dy't in goede boarne fan enerzjy is en hat bewiisd yn steat te groeien yn drege omstannichheden lykas romte. De planten waarden ek fersterke om folslein te foldwaan oan 'e fiedingsbehoeften fan it minsklik lichem.
Straling beynfloedet plantgroei negatyf en fergruttet de risiko's fan genetyske mutaasjes, dus it beskermjen fan planten tsjin strieling moat in prioriteit wêze
Ien fan 'e wichtichste problemen foar de sûnens fan astronauten yn mikrogravity is ferlies fan bonkendichte. Us bonken binne konstant yn lykwicht tusken groei en resorpsje, wêrtroch bonken kinne reagearje op blessueres of feroaringen yn oefening. Tiid trochbringe yn mikrogravity fersteurt dit lykwicht, knoopt bonken nei resorpsje, sadat astronauten bonkenmassa ferlieze. Dit kin behannele wurde mei in medisyn neamd parathyroïd hormoan, of PTH, mar it fereasket regelmjittige ynjeksjes en hat in heul koarte hâldberens, wat problematysk is foar lange romteflechten. Dêrom waard in transgene sla dy't PTH produseart makke.
It ûntwerpen fan planten dy't yn 'e romte kinne groeie en brûkber wêze foar astronauten is noch yn syn iere stadium fan ûndersyk. De perspektiven binne lykwols tige kânsryk en wurde bestudearre troch alle grutte romte-ynstânsjes. It bouwen fan in plantgroeikeamer yn 'e ûnwillekeurige omjouwing fan romte fereasket noch wurk. Ien fan 'e útdagings sil wêze om it bioregenerative diel fan 'e BLSS ta te foegjen oan 'e al besteande LSS. In oare útdaging is de needsaak foar in bettere kar fan gewaaksen om oan board te groeien om sawol romte-omstannichheden te wjerstean as wichtige opbringsten te bieden. Mar tanksij de fersprieding fan kennis yn plantenfokkerij, sil gen-bewurking yn 'e keazen gewaaksen har mooglik meitsje om fierder te passen oan romteomstannichheden en oerienkomme mei de fiedings- en sûnensbehoeften fan in bemanning.
In boarne: https://room.eu.com