Augalai nesvarumo sąlygomis  

Biologiniai eksperimentai „Saliut-6” stotyje

Priimta laikyti, kad kosminėse stotyse yra visiškas nesvarumas, tačiau iš tikro nėra taip. Aerodinaminis stabdymas viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, šviesos slėgis ir kiti veiksniai sukuria nežymią trauką (vos 10^{- 5}-2x10^-5 g), nukreiptą į įvairias puses. Tačiau net ir tokios mizernos jėgos veikia gyvų organizmų vystymąsi. Pvz., ribinė reikšmė augalų ūgliams yra 1,4x10^-3 g, o jų šaknims – apie 10^-3- 10^-4 g. Panašus slenkstis yra ir smulkiems gyvūnams. Tad nesvarumo poveikio gyviems organizmams tyrimai reikalauja specialios įrangos, kompensuojančios net tokias nežymias traukas. Būtent todėl “Sojuz-22“ laive (V. Bykovskis ir V. Aksionovas) bandymai su kukurūzų ūgliais buvo atliekamas „Biografitat“ prietaise. Jo dėka pavyko parodyti, kad pašalinant minėtas traukas ūgliai vystosi gerokai lėčiau.

Visi tie tyrimai parodė, kad trumpalaikio skrydžio metu nesulėtino kviečių ir žirnių sėklų dygimo ir pradinio ūglių augimo; struktūra iš esmės nepakito, mutacijų ir chromosomų aberacijų skaičius nepadidėjo. Tačiau kai kurie pakitimai atsirado: sutriko erdvinė ūglių, šaknų ir lapų orientacija, pakito kai kurių fermentų aktyvumas bei kvėpavimo intensyvumas. Kviečių grūdų ląstelės dalijosi lėčiau, tačiau ištįsdavo greičiau nei Žemėje; susidarydavo daugiau daugiabranduolinių ląstelių...

Pagal vieną teorijų geotropizmo paslaptis glūdi statolituose – ląstelių viduje esančiose krakmolo granulėse. Veikiant gravitacijai statolitai tarsi nusėda ant apatinių membranų ir tampa biocheminių reakcijų centrais, kuriuose, be kitų procesų, sintezuojamos ir augimo medžiagos, indoliluksinės rūgšties, molekulės. Tuo tarpu nesvarumo sąlygomis statolitai pasiskirsto tolygiai visame ląstelės citoplazmos tūryje, neslegia apatinės membranos, nesukelia būtent čia augimo medžiagos susidarymo.

O štai vandenilinės bakterijos nesvarume vystosi net geriau nei Žemėje. Chlorela išvis ne naujokė kosmose: ji buvojo jau „Kosmos-578” palydove, “Sojuz-13“ ir kituose aparatuose. O „Saliut-6” skrydžio metu buvo panaudotas prietaisas, leidžiantis į orbitą iškelti mikroorganizmus anabiozės būsenoje. Tai parodė, kad chlorelos dumblių ląstelių augimas nesvarumo sąlygomis gerokai intensyvesnis...

Bendro su prancūzais eksperimentas „Citos“ tikslas buvo ištirti ląstelių dalijimosi kinetiką pas pirmuonis ir mikroorganizmus. Prancūzai pasirinko infuzoriją, o tarybiniai mokslininkai – protėją paprastąją, galinčią gyvuoti plačiame temperatūrų diapazone. Gyvi organizmai buvo patalpinti į polietilenines pagalvėles (berlingas) su maitinamąja terpe ir ampule su fiksatoriumi. Buvo surinktos 8 sekcijos po 20 berlingas, kurios konteineryje termostatu “Bioterm” pristatytos į „Sojuz-6” esant +8^oC temperatūrai, kuriai esant nevyksta aktyvūs biologiniai procesai. Stotyje konteineris perkeltas į prancūzų prietaisą „Citos“, kurio viduje temperatūra buvo jau +25^oC, esanti optimalia abiem mikroorganizmų rūšims. Kas 12 val. G. Grečko paleisdavo fiksacijos mechanizmą ir visuose berlingose sudušdavo ampulės su fiksatoriumi. Viso atliktos 8 fiksacijos, po kurių konteineris gražintas į Žemę.

O „Sojuz-6” turėjo ir dar vieną įdomų objektą – vandens gyvių (varlių) kiaušinėlius „Emkon-T“ prietaise, nes apie gyvūnų embrionų vystymąsi nesvarume žinota gerokai mažiau.

Siekiant padidinti galimybes aprūpinti astronautus papildomu maistu ilgalaikių skrydžių metu, NASA 2019-ais TKS stotyje vykdė Veg PONDS-02 eksperimentą. Dabartinis augalų auginimas kosmose yra naudojant sėklų maišelius, vadinamus pagalvėlėmis, į kuriuos astronautai švirkštu įšvirkščia vandens. Tačiau šis metodas nelabai leidžia užauginti kai kurias daržoves, kurias gali „nuskinti ir valgyti“, nebent tik salotas. Tokioms daržovėms kaip pomidorai reikia daug vandens ir „pagalvėlės“ negali užtikrinti jiems reikiamo jo kiekio.

Alternatyva yra PONDS, kurie yra pigesni, leidžia didesnį vandens kiekį, suteikia daugiau vietos augalų šaknims ir yra visiškai „pasyvūs“, t.y. augalams tiekia orą ir vandenį neeikvodami jokios papildomos energijos. Eksperimentas truko 21 d. su 12 augalų auginimo elementų 3-ų skirtingų konfigūracijų – ir baigėsi 2019 m. gegužės 16 d.

Ankstesniais metais PONDS buvo patikrinti Žemėje, tačiau orbitoje salotų sėkloms jie pylė” perdaug vandens. Dabar buvo patobulinti ir į TKS atgabenti balandžio 19 d. Visuose juose buvo raudonųjų salotų (Lactuca sativa) sėklos. Jos įrengtos dviejuose sistemose, vadinamose Veggie. Christina Koch pradėjo eksperimentą viršutiniame rezervuare balandžio 25 d.; kanadietis David Saint-Jacques apatinį rezervuarą užpildė gegužės 2 d. 6 PODS bus pargabenti atgal į Žemę tolimesniems tyrimams. Ateityje bus išbandomi PONDS ne vien salotų auginimui.

Daržas kosmose

Daržininkystės ypatybės kosmose:

• Dirva išsilakstytų po patalpą. Reikia sodinti į kažką kita. Matyt idealia terpe būtų porėta medžiaga, galinti sugerti tiek drėgmę, tiek maisto medžiagas.
• Atstumu iki Marso pakanka ir Saulės šviesos. Toliau nuo Saulės šviesos poreikį gali užtikrinti šviesos diodai. Juos galima suderinti norimam bangos ilgiui.
• Nesvarumo sąlygomis augalų nepalaistysi – vanduo išsilakstys po visą patalpą. Čia irgi tinka porėta medžiaga.
• Didelis „daržas“ privalo būti automatizuotas. Davikliai privalo stebėti visus rodiklius, o valdymo sistema imtis atitinkamų reguliavimo veiksmų.
• Augalų priežiūrai bei derliaus nuėmimui reiks sukurti savus įrankius, pritaikytus kosmoso sąlygoms.

Daržovės:

1. Braškės – jau augintos kosmose. Jų privalumas, kad reikalauja mažai šviesos.
2. Špinatai, kuriuos galima valgyti žalius, nereikalauja ypatingos priežiūros.
3. Sojos pupos. Tiesa, kosminė radiacija veikia jų skonį, tačiau tai galima pataisyti prieskoniais.
4. Batatai. Jis suteikia daug kalorijų ir auga praktiškai bet kokiomis sąlygomis.
5. Salota (Lactuca) – irgi jau augintas TKS. Jo privalumas, kad, kaip ir kitas salotas, galima valgyti šviežią. Tik sunku išauginti pakankamą kiekį, kurio užtektų naudojant maistui.
6. Kviečiai – irgi auginti TKS. Mažas santykis tarp valgomos ir nevalgomos masės. Nevartojami žali. Tačiau ilgų skrydžių metu jie praverstų kaip pagrindas duonai ir makaronams.

Žuvys ir varliagyviai nesvarume

Skaitykite  Kosmose skridę gyvūnai

„Sojuz-Apollo“ skridimo metu (1975) amerikiečių laive buvo speciali kapsulė su 495 žuvų ikrais – ir beveik iš visų jų išsirito žuvytės. Jas ilgą laiką stebėjo du Luisvilio un-to (Kentukio v.) mokslininkai, nustatę nesuprantamą reiškinį: jei Žemėje žuvys visada plaukioja giliai, neakildamos į paviršių, tai nesvarumo sąlygomis jos visad plaukioja arti paviršiaus, nesileisdamos gilyn.

O „Saliut-4“ stotyje (1975) specialaus „Emkon“ konteinerio mėgintuvėliuose išsirito žnypliuotos ksenopuso varlytės buožgalviai (ikrai buvo „Sojuz-17“ atvežti iš Žemės) [eksperimentas kartotas ir „Saliut-6“ stotyje atvežant ikrus „Sojuz-26” (1977) ir “Sojuz-36” (1980)]. Kito „Bioterm“ konteinerio trijuose nedideliuose akvariumuose taip pat vystėsi buožgalviai, meiliai vadinti „žuvytėmis“. Oro burbuliukai akvariumuose susiliejo į vieną didelį burbulą, apie kurį nesustodami sukosi buožgalviai. Tai rodo jų sugebėjimą orientuotis nesvarumo sąlygomis.

Uždaras ciklas

Dėl suprantamų priežasčių kosminėse stotyse viskas turėtų būti panaudota. Jose kiekvienas papildomas kilogramas gerokai padidina išlaidas startui. O jei skrydis truks kelis metus?! Tad ieškoma būdų, kaip geriausia panaudoti gyvybinės veiklos išskyras.

Taip genetiškai modifikuotas Yarrowia lipolytica mielių štamas gali perdirbti šlapimą ir jį versti riebiomis Omega-3 rūgštimis. Tam joms reikia azoto ir anglies dvideginio: azotą gali gauti iš šlapime esančio karbamido, o anglies dvideginį galima išskirti iš astronautų iškvepiamo oro. Tačiau mielėms, kad įsisavintų anglies dvideginį, rekia „agento“, kuriuo gali būti ciano bakterijos ar dumbliai.

Kitas genetiškai modifikuotas mielių štamas gali gaminti monomerus ir juos jungti į ilgas polieterio molekules. Vėliau tai gali tapti žaliava 3D spausdintuvui, iš kurio galima atspausdinti skrydyje reikalingus instrumentus ir atsargines dalis.

Beje, procesą galima panaudoti ir Žemės sąlygomis, pvz., dirbtinai veisiant žuvis būtinos Omega-3 rūgštys, kurias galima gauti mielių pagalba.

Kas pavojingiausia?

A. Klarko¹⁾ romane „Mėnulio dulkės“ rašo, kad yra viena priežastis, kuri gali nužudyti kosmose – gal ne taip greitai kaip oro trūkumas, tačiau taip pat neišvengiamai. O ir mirtis gerokai baisesnė. Tą priežastį V. Visockis³⁾ paminėjo dainoje „Apie Kuką“ – kodėl jį suvalgė aborigenai?

Tai – nuobodulys.  V. Visockio viename juodraštiniame dainos variante buvo:

Kodėl aborigenai suėdė Kuką?
Ta priežastis rimta – nuobodoka!

O apie pavojus tarpžvaigždinių skrydžių metu skaitykite Gyvenimas uždaroje aplinkoje