Źródło zdjęcia: NASA
Zmieszany? Jesteście jak rośliny w szklarni na Marsie.
Oczywiście nie istnieją jeszcze szklarnie. Jednak długoterminowi odkrywcy na Marsie lub Księżycu będą musieli hodować rośliny: na żywność, do recyklingu, na uzupełnienie powietrza. I rośliny wcale nie zrozumieją tego pozaziemskiego środowiska. Nie po to ewoluowali i nie tego oczekują.
Ale pod pewnymi względami okazuje się, że prawdopodobnie polubią to lepiej! W każdym razie niektóre jego części.
„Gdy wpadniesz na pomysł uprawy roślin na Księżycu lub Marsie” - wyjaśnia biolog molekularny Rob Ferl, dyrektor ds. Badań i edukacji Space Agriculture Biotechnology na University of Florida - „musisz rozważyć pomysł uprawy roślin w możliwie zmniejszonym ciśnieniu atmosferycznym. ”
Są dwa powody. Po pierwsze, pomoże zmniejszyć ciężar zapasów, które należy podnieść z ziemi. Nawet powietrze ma masę.
Po drugie, szklarnie marsjańskie i księżycowe muszą wytrzymywać w miejscach, w których ciśnienia atmosferyczne są w najlepszym razie mniejsze niż jeden procent normalnych dla Ziemi. Te szklarnie będą łatwiejsze do zbudowania i obsługi, jeśli ich ciśnienie wewnętrzne będzie również bardzo niskie - być może tylko jedna szesnasta normalnej Ziemi.
Problem polega na tym, że przy tak ekstremalnie niskim ciśnieniu rośliny muszą ciężko pracować, aby przetrwać. „Pamiętajcie, że rośliny nie mają ewolucyjnego przystosowania do hipobarii”, mówi Ferl. Nie ma powodu, aby nauczyli się interpretować sygnały biochemiczne wywołane niskim ciśnieniem. I w rzeczywistości nie. Źle je interpretują.
Niskie ciśnienie powoduje, że rośliny zachowują się, jakby wysychały.
W ostatnich eksperymentach, wspieranych przez Biuro Badań Biologicznych i Fizycznych NASA, grupa Ferla wystawiała młode rosnące rośliny na naciski jednej dziesiątej normalnej Ziemi przez około 24 godziny. W środowisku o niskim ciśnieniu woda bardzo szybko jest wyciągana przez liście, dlatego do jej uzupełnienia potrzebna jest dodatkowa woda.
Ale, mówi Ferl, rośliny otrzymały tyle wody, ile potrzebowały. Nawet wilgotność względną utrzymywano na poziomie prawie 100 procent. Niemniej jednak geny roślin wyczuwające suszę były nadal aktywowane. Najwyraźniej, mówi Ferl, rośliny interpretowały przyspieszony ruch wody jako stres związany z suszą, mimo że susza wcale nie występowała.
To źle. Rośliny marnują zasoby, jeśli przeznaczają je na rozwiązanie problemu, którego nawet nie ma. Na przykład mogą zamknąć szparki - maleńkie dziury w liściach, z których ucieka woda. Albo mogą całkowicie upuścić liście. Ale te odpowiedzi niekoniecznie są odpowiednie.
Na szczęście po zrozumieniu odpowiedzi roślin badacze mogą je dostosować. „Możemy dokonywać zmian biochemicznych, które zmieniają poziom hormonów”, mówi Ferl. „Możemy je zwiększać lub zmniejszać, aby wpłynąć na reakcję roślin na środowisko”.
Co ciekawe, badania wykazały korzyści dla środowiska o niskim ciśnieniu. Mechanizm jest zasadniczo taki sam jak ten, który powoduje problemy, wyjaśnia Ferl. Pod niskim ciśnieniem nie tylko woda, ale także hormony roślinne są szybciej wypłukiwane z rośliny. Na przykład hormon, który powoduje, że rośliny umierają ze starości, może przedostać się przez organizm, zanim zacznie działać.
Astronauci nie są jedynymi, którzy skorzystają z tych badań. Kontrolując ciśnienie powietrza, powiedzmy w szklarni ziemi lub w zbiorniku, można wpływać na pewne zachowania roślin. Na przykład, jeśli przechowujesz owoce pod niskim ciśnieniem, trwa to znacznie dłużej. Wynika to z szybkiej eliminacji hormonu etylenu, który powoduje dojrzewanie owoców, a następnie gnicie. Produkty rolne przewożone z jednego wybrzeża na drugie w kontenerach niskociśnieniowych mogą docierać do supermarketów tak świeże, jakby były zbierane tego dnia.
Wiele pozostaje do zrobienia. Zespół Ferla przyjrzał się, jak rośliny reagują na krótki okres niskiego ciśnienia. Pozostaje do ustalenia, w jaki sposób rośliny reagują na spędzanie dłuższego czasu - jak przez całe życie - w warunkach hipobarycznych. Ferl ma również nadzieję na zbadanie roślin pod różną presją. Mówi, że istnieją całe zestawy genów, które są aktywowane przy różnych ciśnieniach, co sugeruje zaskakująco złożoną reakcję na środowiska o niskim ciśnieniu.
Aby dowiedzieć się więcej o tej reakcji genetycznej, grupa Ferla to rośliny bioinżynieryjne, których geny świecą na zielono po aktywacji. Ponadto używają technologii mikroczipa DNA do badania nawet dwudziestu tysięcy genów jednocześnie w roślinach narażonych na niskie ciśnienie.
Rośliny będą odgrywać niezwykle ważną rolę, umożliwiając ludziom odkrywanie miejsc takich jak Mars i Księżyc. Zapewnią pożywienie, tlen, a nawet dobry nastrój astronautom z dala od domu. Aby jak najlepiej wykorzystać rośliny poza Ziemią, „musimy zrozumieć granice ich uprawy pod niskim ciśnieniem”, mówi Ferl. „A następnie musimy zrozumieć, dlaczego te ograniczenia istnieją.”
Grupa Ferla robi postępy. „Ekscytujące jest to, że zaczynamy rozumieć, co będzie potrzebne, aby naprawdę wykorzystać rośliny w naszych systemach podtrzymywania życia”. Kiedy nadejdzie czas na wizytę na Marsie, rośliny w szklarni mogą nie być wcale takie zdezorientowane.
Oryginalne źródło: NASA Science News
