Czy rośliny mogą przystosować się do rozwoju w kosmosie?

Ludzie w kosmosie powinni jeść. Na początku eksploracji kosmosu musieli jeść kit i pić tanga (tak mówią nam legendy). To nie jest świetna długoterminowa dieta. Rośliny też powinny tam być. Astronauci na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej od lat uprawiają ogrody w kosmosie.

Co jeszcze musimy wiedzieć o kultywacji kosmicznej? Cóż, jak się okazuje, bardzo mało. Dlatego NASA wysyła habitat botaniczny na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Jest to część programu zwanego adaptacją genetyczną do środowiska lotów kosmicznych – kumulatywna zmiana genetyczna spowodowana przez pokolenia w kosmosie (Plant Habitat-03). Ideą jest śledzenie kolejnych pokoleń roślin, które rosną, rosną, żyją i umierają w środowisku mikrograwitacyjnym. Eksperyment poleci na Międzynarodową Stację Kosmiczną w misji 18 Northrup Grumman Commercial Resupply Services, wstępnie zaplanowanej na 6 listopada 2022 r.

Uprawiane na zielono w niskiej grawitacji

Chociaż niska grawitacja może wydawać się bardzo wygodnym miejscem do życia i pracy, w rzeczywistości jest to stresujące dla roślin. Podobnie jak ludzie, rośliny ewoluowały pod wpływem ziemskiej grawitacji iw środowiskach ziemskich. Narażenie na presję lotów kosmicznych pokazuje, że rzeczy takie jak Arabidopsis (wcześniej hodowane na stacji) faktycznie zmieniają swoje geny. To nie jest boom, jaki widzimy w filmach SF. To tak, jakby roślina dodała coś dodatkowego do swojego DNA, aby wpłynąć na ekspresję genów. Jest to proces, w którym gen jest stymulowany lub włączany w komórce do produkcji RNA i innych białek. Życie w kosmosie trochę to zmienia, ale poznanie tego procesu i jego ogromu wymaga czasu i wielu eksperymentów. Tutaj wkracza Plant Habitat-03.

„Plant Habitat-03 zapewni lepsze zrozumienie, w jaki sposób epigenom przyczynia się do zdolności organizmu do przystosowania się do stresu środowiskowego, zarówno w obecnych, jak i przyszłych pokoleniach” – powiedziała Sharmila Bhattacharya, naukowiec zajmujący się programem astrobiologii w Wydziale Nauk Biologicznych i Fizycznych NASA. Siedziba główna w Waszyngtonie. „To ważny wgląd w to, w jaki sposób astronauci mogą uprawiać powtarzające się pokolenia roślin na orbicie, a także na Księżycu lub Marsie, aby zapewnić żywność i inne usługi na pokładach przyszłych misji kosmicznych. Odkrycia mogą również wspierać rozwój strategii dostosowywania upraw do rozwoju w trudne warunki na Ziemi”.

Rośliny dostosowują się w kosmosie

Rośliny cały czas ewoluują. Widzimy to na Ziemi, gdzie rolnicy i badacze genetycznie je modyfikują. W naturze te same procesy trwają tysiące lat. Roślina Habitat-3 umieści go w mikrograwitacji, a następnie obejrzy, jak przystosowuje się do życia w kosmosie. Jakie zmiany epigenetyczne (tj. zmiany w ekspresji genów) zajdą? Czy przejdą na kolejne pokolenia? A może każda grupa będzie musiała się „ponownie uczyć” w nowych pokoleniach? To są pytania, na które zespół badawczy chce odpowiedzieć. Na czym więc polega proces eksperymentalny?

W ramach projektu eksperyment zasadzi nasiona w specjalnym module na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Gdy rośliny osiągną dojrzałość, astronauci będą je zbierać i zwracać zebrane rośliny na Ziemię. Ich nasiona powrócą w kosmos wraz z nowymi nasionami podczas pierwszej „misji” na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Ostatecznie pomysł polega na tym, aby dowiedzieć się, jak fitogeneza zmieniła się w przypadku okazów dotkniętych lotami kosmicznymi i porównać ją z nowymi generacjami roślin latających w kosmosie.

Plant Habitat-03 to jeden z kilku projektów, które badają reakcje organizmów na życie w kosmosie. Poprzednie badania ISS dotyczyły na przykład uprawy roślin w kosmosie za pomocą badania Najlepsze sposoby na zapewnienie wody i napowietrzania ogrodów mikrograwitacyjnych. Oczywiście badania na ludziach są dobrze znane. Jeśli jednak mamy umieszczać ludzi w kosmosie na dłuższy czas, ważne jest również zrozumienie ich źródeł pożywienia w kosmosie. Oczywiście, ponieważ NASA przygotowuje się do przyszłych eksploracji ludzi, w tym ambitnych misji Artemis, dobre zrozumienie żywności, której ci ludzie będą potrzebować, stanowi dużą część wysiłku.

Badania w kosmosie przynoszą korzyści Ziemi

Oprócz zastosowań kosmicznych lotu Plant Habitat-03, istnieją korzyści związane z Ziemią. Po pierwsze, na naszej planecie znajdują się regiony dotknięte zmianami klimatycznymi. Odkrycie, w jaki sposób stres wpływa na ekspresję genów w uprawach roślin spożywczych, może pomóc rolnikom na Ziemi w przystosowaniu upraw do zmieniających się warunków na kontynentach.

Przestrzeń przetrwania: ekstremalna adaptacja roślin
Adaptacja epigenetyczna do środowiska lotu kosmicznego – skumulowana zmiana genetyczna spowodowana przez pokolenia w kosmosie (Plant Habitat-03)