Изображение предоставлено NASA
Смущенный? Тогда вы как растения в теплице на Марсе.
Конечно, там пока нет теплиц. Но многолетние исследователи, на Марсе или на Луне, должны будут выращивать растения: для пищи, для переработки, для пополнения воздуха. И растения вообще не поймут эту внеземную среду. Это не то, для чего они развивались, и это не то, что они ожидали.
Но, в некотором смысле, им, вероятно, понравится больше! Во всяком случае, некоторые его части.
«Когда вы приходите к идее выращивания растений на Луне или на Марсе, - объясняет молекулярный биолог Роб Ферл, директор по исследованиям и образованию в области космического земледелия в Университете Флориды, - тогда вы должны рассмотреть идею выращивания растений. в максимально возможном снижении атмосферного давления ».
Есть две причины. Во-первых, это поможет уменьшить вес припасов, которые необходимо снять с земли. Даже воздух имеет массу.
Во-вторых, марсианские и лунные теплицы должны поддерживаться в местах, где атмосферное давление в лучшем случае составляет менее одного процента от нормы Земли. Эти теплицы будет легче строить и эксплуатировать, если их внутреннее давление также будет очень низким - возможно, только на одну шестнадцатую часть от нормы Земли.
Проблема в том, что при таких крайне низких давлениях растениям приходится много работать, чтобы выжить. «Помните, что растения не имеют эволюционной предрасположенности к гипобарии», - говорит Ферл. У них нет причин учиться интерпретировать биохимические сигналы, вызванные низким давлением. И на самом деле они этого не делают. Они неверно истолковывают их.
Низкое давление заставляет растения действовать так, как будто они высыхают.
В недавних экспериментах, поддержанных Управлением биологических и физических исследований НАСА, группа Ферла подвергала молодые растущие растения воздействию давления одной десятой части Земли в течение примерно двадцати четырех часов. В такой среде с низким давлением вода очень быстро выходит из листьев, поэтому для ее пополнения требуется дополнительная вода.
Но, говорит Ферл, растениям давали всю необходимую воду. Даже относительная влажность поддерживалась на уровне почти 100 процентов. Тем не менее, гены растений, которые чувствовали засуху, все еще были активированы. Очевидно, говорит Ферл, растения интерпретировали ускоренное движение воды как стресс от засухи, хотя засухи не было вообще.
Плохо. Растения тратят свои ресурсы впустую, если тратят их, пытаясь решить проблему, которой даже нет. Например, они могут закрыть свои устьицы - крошечные отверстия в листьях, из которых вытекает вода. Или они могут вообще опустить листья. Но эти ответы не обязательно уместны.
К счастью, как только ответы растений будут поняты, исследователи смогут их скорректировать. «Мы можем вносить биохимические изменения, которые изменяют уровень гормонов», - говорит Ферл. «Мы можем увеличить или уменьшить их, чтобы повлиять на реакцию растений на окружающую среду».
И, что интересно, исследования обнаружили преимущества для среды с низким давлением. Механизм по сути тот же, что и тот, который вызывает проблемы, объясняет Ферл. При низком давлении не только вода, но и растительные гормоны сбрасываются с растения быстрее. Так, например, гормон, который заставляет растения умирать от старости, может пройти через организм, прежде чем он вступит в силу.
Астронавты не единственные, кто извлечет выгоду из этого исследования. Контролируя давление воздуха, скажем, в теплице Земли или в хранилище, можно повлиять на поведение определенных растений. Например, если вы храните фрукты под низким давлением, они сохраняются гораздо дольше. Это происходит из-за быстрого выведения гормона этилена, который вызывает созревание плодов, а затем гниение. Сельскохозяйственные продукты, перевозимые с одного побережья на другое в контейнерах низкого давления, могут поступать в супермаркеты так же свежо, как если бы они были собраны в тот день.
Многое еще предстоит сделать. Команда Ферла посмотрела, как растения реагируют на короткий период низкого давления. Еще предстоит выяснить, как растения реагируют на то, чтобы проводить больше времени - как и всю свою жизнь - в гипобарических условиях. Ферл также надеется исследовать растения при более широком разнообразии давлений. По его словам, существует целый набор генов, которые активируются при разных давлениях, и это предполагает удивительно сложную реакцию на среду низкого давления.
Чтобы узнать больше об этом генетическом ответе, группа Ферла - это биоинженерные растения, чьи гены светятся зеленым при активации. Кроме того, они используют технологию ДНК-микрочипов для изучения до двадцати тысяч генов одновременно у растений, подвергающихся воздействию низкого давления.
Растения будут играть чрезвычайно важную роль, позволяя людям исследовать такие места, как Марс и Луна. Они обеспечат астронавтов далеко от дома едой, кислородом и даже хорошим настроением. Чтобы наилучшим образом использовать растения вне Земли, «мы должны понимать границы выращивания их при низком давлении», - говорит Ферл. «И тогда мы должны понять, почему существуют эти ограничения».
Группа Ферла делает успехи. «Интересной частью этого является то, что мы начинаем понимать, что нужно для реального использования растений в наших системах жизнеобеспечения». Когда придет время посетить Марс, растения в теплице, возможно, уже не будут так смущены.
Первоначальный источник: НАСА Новости науки
