Augalai kosmose: fantastika ar realybė?

Ar erdvėlaivis, gali virsti biologine ekosistema? Ar augalai, tarsi Nojaus laivo gyvūnai, erdvėlaiviu galėtų būti perkelti į kitą planetą? Vis garsiau kalbama apie technologijas, kurios leistų žmonėms nuolat gyventi kosmose ar kolonizuoti Marsą. Mokslininkai nori suprasti kaip išlaikyti gyvybę kosmose, išvengiant brangių sprendimų. Augalai gali tapti ne tik maistu, bet ir šalinti toksišką anglies dioksidą iš erdvėlaivio oro, gaminti gyvybę palaikantį deguonį. Dėl to astrobotanikai, tiriantys augalus kosmose, jau senokai eksperimentuoja su augalais kosminėse stotyse ir erdvėlaiviuose.

 

Kaip augalai auga kosmose?

Augalai mūsų planetoje išsivystė prieš milijonus metų, prisitaikydami prie gravitacijos, atmosferos, natūralaus šviesos spektro, temperatūros ir dirvožemio. Kosmose tokių veiksnių nėra arba jie kitokie. Augalus veikia gravitacijos sumažėjimas (mikrogravitacija), stipresnė jonizuojanti spinduliuotė, natūralaus dirvožemio ir oro trūkumas bei pakitusi šviesa.

Mikrogravitacija „išjungia“ augalo vidinį kompasą, todėl šaknys ir stiebai auga neįprastomis kryptimis. Kosminė radiacija gali paveikti augalų genetinę medžiagą, o vietoje dirvožemio tenka naudoti hidroponikos arba aeroponikos sistemas, kuriose šaknys maitinamos maistingais tirpalais.

Astrobotanikos mokslas siekia ištirti gravitacijos, spinduliuotės, pakitusio šviesos spektro poveikį augalams, augalų prisitaikymo augti kosminėmis sąlygoms mechanizmus ir sukurti pakaitines dirvožemio ir apšvietimo technologijas, padedančias sumažinti augalų auginimo kosmose iššūkius.

 

Kaip Žemėje imituojame kosmosą?

Kosmoso tyrimai brangūs, todėl mokslininkai sukūrė būdą, kaip nesvarumą „apgauti“ laboratorijoje. Vienas svarbiausių prietaisų – klinostatas. Įsivaizduokite, kad sukate stiklinę vandens, kurioje skystis pasiskirsto tolygiai. Klinostatas veikia panašiai. Jis nuolat keičia augalo padėtį. Todėl šis nebejaučia kur viršus, o kur apačia. Tokie įrenginiai leidžia imituoti mikrogravitacijos poveikį ir suprasti, kaip augalai reaguoja į pokyčius prieš siunčiant juos į kosmosą.

Lietuvos mokslininkai čia paliko ryškų pėdsaką. Prof. Alfonas Merkys ir jo komanda ne tik sukūrė klinostatą, bet ir atliko eksperimentus orbitinėse stotyse „Saliut-6“ ir „Saliut-7“.

Centrifuga – klinostatas

 

Tuo tarpu jonizuojančios spinduliuotės poveikį augalams mokslininkai tyrinėjo Černobylio radioaktyviojoje zonoje, kur augalai daugelį metų auga ekstremaliose sąlygose. Tai gamtinis modelis, padedantis suprasti kosminės aplinkos įtaką gyvybei.

 

Ar augimo sąlygos keičia skonį?

Augalai turi vidinę GPS sistemą. Gravitropizmas leidžia augalui pajusti trauką. Įsivaizduokite, kad augalai turi pusiausvyros jutimo ląsteles – statolitus, kurių viduje yra smulkūs, judrūs krakmolo grūdeliai. Būtent statolitai padeda augalui justi, kur yra viršus, o kur apačia.

Ne tik gravitacija, bet ir šviesa tampa jų orientyrais. Mikrogravitacija  keičia augalų genų aktyvumą, ląstelių struktūrą ir net cheminę sudėtį. Pavyzdžiui, NASA „Veggie“ sistemoje užaugintų garstyčių lapuose rasta kitokia mineralų (aliuminio, boro, mangano, natrio) koncentracija, nei užaugintų Žemėje. Šie skirtumai gali paveikti skonį ar tekstūrą – tad kosminės daržovės tikrai nėra visiškai tokios pačios kaip žemiškos.

 

Ką Lietuva nuveikė astrobotanikos srityje?

Pirmieji bandymas auginti augalus kosmose įvyko dar 1975 m., kai „Saliut“ stotyje kosmonautai nukreipė kelias lemputes iš įgulos borto apšvietimo į sėklų padėklus ir taip iš kai kurių sėklų sudaigino svogūnus.  Gyvename mažoje šalyje, tačiau pirmieji astrobotanikos tyrėjai buvo prof. A. Merkio vadovaujami mokslininkai iš Lietuvos mokslų akademijos Botanikos instituto (dabar Gamtos tyrimų centras). Jie tapo pirmąja komanda pasaulyje, Tarptautinėje kosminėje stotyje užauginę baltažiedį vairenį visiško nesvarumo sąlygomis. Šie augalai buvo daiginami, auginami kameroje prieš sugražinant į Žemę. Kai kurios jų sėklos panaudotos, siekiant išauginti ir ištirti antros kartos augalus. Paaiškėjo, kad augalų vystymasis nesvarumo sąlygomis nedaug skyrėsi nuo normalaus augimo. Vadinasi, augalai gali augti kosmose.

Nuo 1973 iki 1996 m. lietuvių parengti eksperimentai buvo skraidinami į kosmosą 22 kartus. Tyrimams naudotos sukurtos technologijos. Tokios kaip „Fiton“ ir  „Biogravistat“ sistemos, skirtos augalams auginti ir stebėti mikrogravitacijos sąlygomis.

 

Kas laukia ateityje?

Šiandien augalų auginimo sistemos kosmose yra dešimt kartų didesnės. LED apšvietimo technologijos ištobulintos, ieškoma būdų pakeisti auginimą dirvožemyje hidroponika ar aeroponika. Bet visiškai uždaros ekosistemos dar nėra. Mokslininkai ieško būdų, kaip sukurti autonominę augalų palaikymo sistemą kosmose. Prie šių tyrimų ir jų populiarinimo prisideda ir Lietuvoje dirbantys mokslininkai. Biochemikė prof. Vida Mildažienė tiria plazmos poveikį augalų sėkloms ir augalų augimui. Mokslininkė Vytauto Didžiojo universitete su kolegomis tyrimų metu nustatė, kad daugelio augalų sėklų apdorojimas trumpos trukmės plazmos išlydžių sukelia sisteminius augalų augimo pokyčius, gali padidinti produktyvumą ir atsparumą įvairiems stresams. Tačiau ilgesnis apdorojimas sukelia augalų žūtį. Fizikė Rigonda Skorulskienė dar studijų metais dirbo Botanikos instituto Augalų gravitacinės fiziologijos laboratorijoje. Ten ruošė konteinerį į kosmosą su Soyuz TM‑11 ir analizavo rezultatus, atliko tyrimus su centrifuga – klinostatu.

Daugiau apie augalų gyvenimą kosmose, jų iššūkius nesvarumo sąlygomis ir Lietuvos indėlį rugsėjo 14 d. jums pasakos „Mokslo salos“ Kauno metodinio STEAM centro konsultantės ir mokslininkės: biochemikė prof. Vida Mildažienė ir astrofizikė, fizikos mokytoja Rigonda Skorulskienė. 14 val. – paskaita „Astrobotanika: augalai kosmose“, o  15 val. – interaktyvi veikla: “Mokslo salos” laboratorijose išbandysite klinostatą ir tapsite kosminiais tyrėjais (Karaliaus Mindaugo pr. 50, Kaunas. Būtina registracija).