Космическая эра растениеводства
С самого начала эры освоения космоса растения сопровождали человека в исследовании внеземной жизни. На этом пути постоянно возникали множество вопросов, которые предстояло решать и на которые до сих пор приходится находить ответы. Как соорудить и построить плантацию на космическом корабле, на мкс или на другой планете? Как микрогравитация влияет на семена? Какие овощи были бы безвредными, если их выращивать в богатой тяжелыми металлами почве на Марсе? Ученые уже более полувека ищут ответы на эти вопросы.
В то же время в отличие от людей и животных, растения часто остаются неизвестными участниками космических путешествий. Стоит вспомнить об основных вехах космического растениеводства и рассказать о неизвестных «зеленых» героях.
Первый полет
Первым растением, которое побывало в космосе была кукуруза. В июле 1946 года на ракете «Фау-2» или V-2, собранной в США семена кукурузы отправились в суборбитальный полет. Так согласно директиве министерства обороны США, начиная с 1946 года на каждой запущенной ракете должны были находиться различные экспериментальные образцы. Семена кукурузы и плодовые мушки дрозофилы ( двукрылое насекомое, вид плодовой мухи из рода дрозофил) были первыми подобными образцами. Цель ученых была исследовать действие космической радиации на живые организмы.
В 1960 году вместе с Белкой и Стрелкой на втором «Спутнике» отправились в космос водоросль хлорелла, традесканция, семена кукурузы, семена пшеницы, семена лука и гороха. Стоит отметить, что это были первые из растений, которые пролетели по орбите вокруг нашей планеты.
70-е
На орбитальной станции «Салют-4», запущенной в 1974 году, была установка «Оазис» для культивирования растений в невесомости. Данная установка была гидропоническая, земли не было, горошины должны были прорастать в пропитанной марле. Так после начала работы с «Оазисом» космонавт, который работал с этой установкой по имени Георгий Гречко, заметил, что в одну кювету вода не поступает, а в другую поступает слишком обильно, заставляя горошины подгнивать. Из этой установки уходили огромные капли воды, за которыми Гречко гонялся по станции с салфетками. Он отрезал шланг и стал поливать горошины вручную.
Космонавт признаётся, что из-за нелюбви к биологии в школе чуть не загубил эксперимент. Он посчитал, что ростки путаются в ткани, растут неправильно, и освободил их от марли, но это не помогало. Как в последствии оказалось, что он перепутал корешки со стеблями. Эксперимент завершился успешно.
Впервые в космосе растения прошли цикл от семени до взрослого стебля гороха. Но из 36 зерен взошли и выросли только три. Предположительно проблема возникла из-за генетически заложенной ориентации т.е. проросток по логике должен тянуться к свету, а корень в противоположную сторону.
Далее в 1978 году космонавты Владимир Ковалёнок и Александр Иванченков на той же космической станции «Салют-4» и в той же установке «Оазис» вырастили лук. Данный вид растения стал первым, которое было съедено в космосе. Задачей эксперимента было выработать условия выращивания лука и получить цветы и плоды с семенами. В процессе данного эксперимента у лука нужно было срезать несколько стрелок, чтобы он не сгнил и часть этих стрелок космонавты съели не спросив разрешения у начальства.
Первые растения, облетевшие полностью Луну, стали деревья пяти хвойных и лиственных пород в 1971 году. Среди которых: сосна, секвойя, пихта, платан (представитель монотипного семейства Платановые (Platanaceae) – это ценные декоративные растения, используемые в городском озеленении на Западе) и ликвидамбар (крупные листопадные деревья 25 - 40 м высотой, с пальчатолопастными листьями). Несколько сотен семян этих деревьев отправились в космос в 1971 году на корабле «Аполлон-14». Пока одни космонавты экипажа работали на поверхности спутника, их коллега по имени Стюарт Руса облетал Луну на командном модуле, а самое интересное в том, что в начале своей карьеры Руса был членом парашютного пожарного отряда лесной охраны, и у него остались знакомые в Службе леса США, которые и попросили его взять с собой в космос эти семена. После возвращения на Землю эти семена прорастили и получили около 400 саженцев, которые впоследствии были высажены на территории НАСА и других объектов.
На переломе веков
На станции «Мир» была установлена первая в мире автоматическая оранжерея под названием «Свет». Российские космонавты в 1990-2000-х годах провели в этой оранжерее 6 экспериментов. В оранжереи растили салаты, редис и пшеницу. В 1996-1997 годах Институт медико-биологических проблем РАН планировал вырастить семена растений, полученные в космосе. Для данного эксперимента был взят гибрид дикой капусты высотой около 20 см. Результат был интересный и семена второго поколения в космосе получили, но правда растения выросли до 6 см вместо 25.
Наше время
Первое растение, которое готовили к полету на Марс стала китайская капуста. В оранжерее «Фитоцикл-СД» китайскую капусту выращивали участники эксперимента «Марс-500». Данный эксперимент - это так называемый пробно-экспериментальный полет на Марс в моделируемых условиях, который проходил в 2010 и 2011 годах. Так на территории Института медико-биологических проблем РАН в Москве, построили макет марсианского корабля. В программу экспериментального полета были включены также научные эксперименты, касаемо выращивания китайской капусты в космической оранжерее. Однако растения выросли мелкими и чахлыми и причина предположительно заключалась в наличии этилена и других вредных газов в атмосфере корабля.
Первые растения, вышедшие в открытый космос: горчица, рис, томат, редис, ячмень, арабидопсис и никандра. В 2007—2008 годах семена этих культур провели 13 месяцев в специальном контейнере на внешней обшивке МКС в рамках эксперимента «Биориск» . Также первые растения, проросшие в «марсианской» и «лунной» почвах, это 14 видов растений, участники эксперимента, который в 2013 году провели голландские ученые.
Для эксперимента были взяты томаты, рожь, морковь, кресс-салат и несколько видов дикорастущих растений. Их вырастили на созданных в НАСА образцах почвы, по составу такой же, как марсианский и лунный грунт. На лунной почве семена плохо прорастали, растения выросли мелкими и хилыми, а вот в марсианском грунте растения чувствовали себя хорошо и дали биомассу не хуже, чем у контрольных растений, выращенных в земном грунте с речного дна. А кресс-салат и дикорастущее растение полевая горчица даже дали семена. Таким образом в марсианской почве вполне реально пытаться вырастить растения, что будет полезно для будущих обитателей марсианской колонии.
В апреле 2014 года грузовой корабль Dragon SpaceX доставил на МКС установку для выращивания зелени под названием Veggie, а уже в марте астронавты начали тестировать орбитальную плантацию. Установка контролирует свет и поступление питательных веществ. По итогу в августе 2015 года в меню астронавтов включили свежую зелень, выращенную в условиях микрогравитации.
16 января 2016 года, в космической оранжерее Veggie на американском блоке МКС зацвела цинния ( популярные декоративные красивоцветущие растения) . Так астронавт Скотт Келли в своем твите назвал ее «первым цветком, зацветшим в космосе». Стоит сказать, что первым растением, зацветшим в космосе, стала резуховидка Таля или Arabidopsis thaliana. Арабидопсис зацвел в 1982 году на советской космической станции «Салют-7», в микрооранжерее «Фитон-3», благодаря усилиям космонавтов Анатолия Березового и Валентина Лебедева. Данное растение — это мелкий сорняк, который живет пару месяцев и цветет крохотными белыми цветочками, а также дает множество семян.
7 декабря 2020 г. у астронавтов, работающих на борту МКС получилось вырастить редис. Если ранее получалось культивировать зелень, то теперь ученые добились успеха с корнеплодом. Редис выращен в герметичной камере APH, оснащенной той же установкой Veggie, доставляющей жидкость растениям, а специальные датчики контролируют уровень влажности и температуры. Корнеплод был выбран для эксперимента благодаря способности созревать за месяц. Если удастся наладить массовое производство, редис может стать основой натурального питания обитателей МКС.
На перспективу
NASA готовит программу Artemis, цель которой – высадка людей на спутник Земли через 50 лет. Постоянную лунную базу планируют основать к 2028 году, а следующий шаг – это возможно освоение Красной планеты. Если астронавты смогут наладить получение стабильного урожая, то эти планы вполне осуществимы, а успехи астронавтов МКС вдохновляют ученых на продолжение исследований и экспериментов.
