Nisja e misionit Artemis 1 të NASA-s në Hënë në nëntor shënoi një hap tjetër në udhëtimin që një ditë do t'i çojë njerëzit që të vizitojnë fqinjin tonë më të afërt planetar, Marsin. Një mision njerëzor do të pasojë përfundimisht pas disa anijeve kozmike robotike, më e fundit prej të cilave ishte ulja e roverit Perseverance në planetin e kuq në shkurt 2021. Për udhëtimet njerëzore në Mars ka shumë çështje teknologjike për t'u zgjidhur, kyçe ndër ato janë mbrojtja nga rrezatimi diellor dhe shëndeti i ekuipazhit, duke përfshirë mënyrën më të mirë për të siguruar ushqim me vlera ushqyese. Fokusi dhe sfida për shumë ekspertë që studiojnë këtë të fundit është se si të shmangen mangësitë latente të shkaktuara nga konsumimi i vazhdueshëm i ushqimeve të thara në ngrirje. Disponueshmëria e ushqimit të freskët do të jetë padyshim një avantazh i madh shëndetësor dhe psikologjik, dhe për këtë do të jetë e nevojshme të rriten dhe të korren bimë gjatë rrugës. Në këtë artikull, autorët shqyrtojnë të dhënat dhe hulumtimet aktuale në lidhje me ushqimin, përfitimet mjekësore dhe psikologjike dhe metodat e mundshme të rritjes së të korrave në hapësirë të thellë.
Sipas NASA-s, pesë rreziqe të mëdha shfaqen gjatë fluturimeve të gjata në hapësirë: rrezatimi hapësinor, izolimi dhe izolimi, distanca nga Toka, graviteti i ulët dhe mjedisi armiqësor dhe i mbyllur i një anije kozmike. Bimët e gjalla dhe ushqimi i sapo rritur mund të luajnë një rol të madh në mbështetjen e tre prej tyre: të ushqyerit, nevojat mjekësore dhe psikologjinë e ekuipazhit.
Ushqim
Bilanci ushqimor i ushqimit të furnizuar për misionet hapësinore duhet të përshtatet në mënyrë të përkryer që një ekuipazh të mbajë një udhëtim të gjatë me shëndet të mirë
Bilanci ushqimor i ushqimit të furnizuar për misionet hapësinore duhet të përshtatet në mënyrë të përkryer që një ekuipazh të mbajë një udhëtim të gjatë me shëndet të mirë. Meqenëse furnizimet nga Toka do të jenë të vështira, përcaktimi i saktë i dietës së duhur dhe formës së saktë të saj është një qëllim kritik.
Shmangia e çdo mangësie të lëndëve ushqyese thelbësore është sfida më e dukshme dhe nevojat e detajuara ushqyese janë studiuar nga NASA. Megjithatë, shumica e 'sistemit' aktual të ushqimit hapësinor është vërtetuar se është i mangët. Konkretisht, ruajtja e gjatë e ushqimit në ambient shkakton degradimin e vitaminave A, B1, B6 dhe C.
Humbja mesatare kumulative e peshës për astronautët është 2.4 përqind për 100 ditë në mikrogravitet, edhe me kundërmasa të rrepta rezistente ndaj ushtrimeve. Astronautët janë treguar gjithashtu se vuajnë nga mangësi ushqyese në kalium, kalcium, vitaminë D dhe vitaminë K, sepse ushqimi i furnizuar nuk i lejon ata të plotësojnë kërkesat e marrjes ditore.
Bimët përmbajnë natyrshëm vitamina dhe minerale, dhe konsumimi i menjëhershëm i ushqimit të freskët do të shmangte problemin e ruajtjes. Prandaj, konsumimi i tyre do të ishte një shtesë e shkëlqyer për ushqimin e tharë në ngrirje.
Astronauti Scott Kelly ushqeu zinnia në hapësirë që po vdisnin përsëri në shëndet në ISS. Ai fotografoi një buqetë me lule në Kupolë kundër sfondit të Tokës dhe e shpërndau foton në Instagramin e tij për Ditën e Shën Valentinit në 2016.
Mjekësi
Përveç vitaminave dhe mineraleve, bimët sintetizojnë shumë metabolitë dytësorë të ndryshëm. Këto komponime mund të ndihmojnë shumë në parandalimin e problemeve shëndetësore. Për shembull, folati është i përfshirë në riparimin e ADN-së, por kërkesat e tij plotësohen vetëm në 64 për qind të ditëve të fluturimit. Meqenëse telomeret, fundi i kromozomeve, është vërtetuar se ndryshojnë ndjeshëm gjatë fluturimeve të gjata, plotësimi i folatit nëpërmjet bimëve të freskëta mund të ndihmojë në reduktimin e plakjes gjenetike dhe shfaqjes së kancerit.
Ndër shembujt e tjerë, perimet e pasura me karotenoid mund të parandalojnë shtrembërimin e syve të shkaktuar nga mikrograviteti, ndërsa një dietë me kumbulla të thata mund të ndihmojë në parandalimin e humbjes së kockave të shkaktuar nga rrezatimi. Shumë bimë përmbajnë antioksidantë që mund të ndihmojnë shumë në mbrojtjen e ADN-së njerëzore nga mutacionet e shkaktuara nga rrezatimi. Megjithatë, një dietë me bazë bimore nuk është e mjaftueshme dhe duhet të zhvillohen zgjidhje të tjera për të mbrojtur astronautët nga rrezatimi.
Psikologji
Përveç vitaminave dhe mineraleve, bimët sintetizojnë shumë metabolitë dytësorë të ndryshëm
Meqenëse izolimi dhe distanca do të vendosin një tendosje të konsiderueshme në shëndetin mendor të astronautëve, vakti është një nga kohët më të rëndësishme për të lehtësuar disponimin. Ngrënia e ushqimit të tharë në ngrirje në çdo vakt krijon lodhje të menusë dhe astronautët priren të hanë më pak me kalimin e kohës. Ngrënia e ushqimit të freskët mund ta zvogëlojë këtë lodhje, jo vetëm në ofrimin e shumëllojshmërisë në formë dhe cilësi.
Një aktivitet tjetër i dobishëm për shëndetin mendor të ekuipazhit është hortikultura. Rritja e bimëve është vërtetuar se ka efekte jashtëzakonisht të dobishme, pasi mund t'u japë astronautëve një ndjenjë të udhëtimit me një pjesë të Tokës. Disa studime janë përpjekur të gjejnë bimët me efektet më të dobishme psikologjike, pasi ato mund të jenë një faktor shumë i rëndësishëm për shëndetin mendor të ekuipazhit. Për shembull, luleshtrydhet mund të përmirësojnë përgjigjet pozitive psikologjike, të tilla si energjia dhe vetëvlerësimi, të ulin depresionin dhe stresin, ndërsa koriandër mund të përmirësojë cilësinë e gjumit.
Kështu, bujqësia hapësinore me bazë bimore është interesante në nivel ushqyes, psikologjik dhe mjekësor. Megjithatë, mungesa e hapësirës dhe kushtet e veçanta të rritjes kufizojnë numrin dhe zgjedhjen e kulturave.
Zgjedhja aktuale e kulturave të përdorura do të ndryshojë, në varësi të kritereve të ekzaminuara dhe fushës (ushqyerja, psikologjia dhe mjekësia) e favorizuar. Disa bimë me një jetëgjatësi të gjatë mund të jenë të përshtatshme, të tilla si gruri ose patatja, por kanë disavantazhin e nevojës për t'u gatuar përpara konsumimit. Një faktor tjetër që duhet marrë parasysh është sistemi riprodhues dhe mënyra e pjalmimit të bimëve, sepse kafshët (si p.sh. insektet) nuk lejohen në bord.
U krijua një listë e kulturave potenciale për t'u rritur në hapësirë, disa prej të cilave tashmë ishin kultivuar në bord. Autorët përzgjodhën kriteret ushqyese dhe agronomike si mjete për zgjedhjen e tyre. Kështu, për efektet psikologjike, shijes dhe pamjes së pjesës së bimës ose të bimës ushqimore i atribuohej një vlerë nga një (min) në katër (maksimum).
Tabela e kulturave të ndryshme me karakteristikat e tyre ushqyese, mjekësore, agronomike dhe psikologjike të përshtatshme për misione të gjata në hapësirë.
Rritja e bimëve në një anije kozmike
Hapësira paraqet dy burime kryesore të stresit për bimët: rrezatimi kozmik dhe mikrograviteti.
Rrezatimi ndikon negativisht në rritjen e bimëve dhe rrit rrezikun e mutacioneve gjenetike, ndaj mbrojtja e bimëve nga rrezatimi duhet të jetë prioritet. Ndërsa rrezatimi mund të përmbahet duke përdorur plumb dhe/ose mburoja uji, kjo përfaqëson një masë shtesë për t'u vendosur në orbitë. Një zgjidhje e mirë, e cila e ka origjinën nga Kampi Bazë Mars i Lockheed Martin (2018), është përdorimi i ruajtjes së karburantit si një mburojë rrezatimi.
Mikrograviteti, nga ana tjetër, nuk e dëmton ndjeshëm rritjen e bimëve, megjithëse mund ta ngadalësojë atë. Megjithatë, përgjigja e bimës ndryshon sipas specieve, pasi mikrograviteti ndikon në shprehjen e gjenomit të bimës. Është zbuluar se, në mikrogravitetin, bimët do të shprehin më shumë gjene të lidhura me stresin, siç janë gjenet e goditjes nga nxehtësia, dhe do të rrisin prodhimin e proteinave të lidhura me stresin. Për më tepër, farat janë gjetur të kenë përqendrime të ndryshme të metabolitëve dhe mbirje të vonuar.
Mikrograviteti ndikon edhe në mikromjedisin e bimës, siç është mungesa e lëvizjes së atmosferës, krijimi i një përbërjeje të pazakontë atmosferike dhe vështirësia në lotim (me ose pa mbështetje). Nuk ka konvekcion ajri në hapësirën e jashtme, kështu që nëse stacioni i rritjes nuk ajroset mjaftueshëm, çdo gaz i emetuar nga uzina do të mbetet rreth sipërfaqes së tij. Është treguar se akumulimi i etilenit të gaztë rreth gjetheve të bimëve rezulton në zhvillim jonormal të gjetheve. Gazra të tjerë, si dioksidi i karbonit, të pranishëm në përqendrime të larta në një anije kozmike, mund të jenë vdekjeprurëse për disa bimë. I njëjti problem lind për lotimin e bimëve, kështu që do të nevojitet zhvillimi i një metode që nuk i mbyt rrënjët.
Përgjigja e uzinës ndaj mjedisit hapësinor është më e vështirë për t'u vlerësuar. Disa aspekte të atij mjedisi, të tilla si hapësira e kufizuar, mund ta drejtojnë zgjedhjen tonë drejt varieteteve xhuxh. Megjithatë, disa aspekte të tjera si reagimi i bimës ndaj mikrogravitetit ndryshojnë në varësi të specieve dhe varieteteve. Megjithëse eksperimentet duhet të vazhdojnë, një numër i caktuar bimësh tashmë janë testuar dhe përshkruar si të afta të rriten në hapësirë dhe ne mund t'i përdorim ato si bazë.
Zhvillimi i një dhome bimore të vetëqëndrueshme që mbulon të gjitha nevojat ushqyese të astronautëve mund të marrë dekada, por përdorimi i dhomave të vogla si masa plotësuese mund të ndihmojë ekuipazhin me mangësi në vitamina dhe lëndë ushqyese (të cilat ndryshohen në ushqimin e paketuar) dhe të reduktojë lodhjen e dietës.
Mark Vande Hei, Shane Kimbrough, Thomas Pesquet, Akihiko Hoshide dhe Megan McArthur nga Space X Crew-02 duke pozuar me të korrat e tyre të specave djegës të kuq dhe jeshilë në ISS në 2021 për hetimin Plant-Habitat 04.
Sistemi i mbështetjes së jetës bioregjeneruese
Ngrënia e ushqimit të tharë në ngrirje në çdo vakt krijon lodhje të menusë dhe astronautët priren të hanë më pak me kalimin e kohës
Në një anije kozmike, dhoma është e kufizuar. Prandaj, suksesi i misionit varet nga sistemet rigjeneruese të ngulitura në Sistemet e Mbështetjes së Jetës (LSS) të cilat mund të riciklojnë lëndën e përdorur në lëndë të përdorshme. Sistemi i Kontrollit Mjedisor dhe Mbështetjes së Jetës (ECLSS) i instaluar në Stacionin Ndërkombëtar të Hapësirës (ISS) prodhon oksigjen dhe ujë duke ricikluar dioksidin e karbonit dhe urinën; një sistem i ngjashëm do të nevojitet për fluturimet e gjata në hapësirë.
Ideja e një LSS bioregjeneruese (BLSS) lindi në vitet 1960 për të përfshirë prodhimin e ushqimit dhe riciklimin e materialeve të mbeturinave (për shembull, lëndët fekale) në ECLSS. Një BLSS me baktere dhe alga mund të përdoret për të ricikluar azotin në mbetjet e ngurta në një formë të përdorshme të azotit organik që bimët mund të thithin. Një eksperiment që ndjek këtë parim - Alternativa e Sistemit Mikro Ekologjik të Mbështetjes së Jetës (MELiSSA) - është zhvilluar dhe kryer nga Agjencia Evropiane e Hapësirës që nga vitet 1990.
Megjithatë, ndërsa përfshijmë impiantet e larta në BLSS, do të na duhet të studiojmë integrimin e tyre me teknologjitë e tjera ekzistuese të kontrollit mjedisor, gjë që paraqet një sfidë të re. Përcaktimi i kostos dhe qëndrueshmërisë së këtyre sistemeve më të vogla të prodhimit të kulturave ushqimore do të sigurojë informacion kritik për evoluimin drejt një BLSS më të madh.
Diagrami skematik i dizajnit të dytë të njësisë së rritjes së bimëve me tub poroz.
Zhvillimi i një dhome të rritjes së bimëve
Përdorimi i një sistemi hidroponik për të rritur të korrat është një mundësi tërheqëse, pasi rrit bimët në ujë në vend që të mbështetet në një sistem të ngjashëm me tokën. Kjo e fundit i shton peshë anijes dhe rrezikun e grimcave që notojnë përreth, dy aspekte që e bëjnë atë të pafavorshme. Habitati i avancuar i bimëve (APH) i instaluar në ISS ka rritur tashmë një shumëllojshmëri gruri xhuxh duke përdorur një sistem hidroponik me një sistem ujitjeje me tub poroz të ngulitur në një modul rrënjë që përmban arcilit dhe një pleh me çlirim të ngadaltë.
Për të lehtësuar aktivitetet hortikulturore të ekuipazhit dhe për të siguruar që bimët të rriten në një mjedis optimal, cikli kulturor i të korrave duhet të monitorohet plotësisht nga një kompjuter. Një sistem i tillë monitorimi u testua në vitin 2018 në Antarktidë. Përdorimi i një sistemi pjesërisht të automatizuar për rritjen e të korrave do të sigurojë që ekuipazhi të përfitojë nga prania e bimëve në anijen kozmike (duke i manipuluar ato) dhe të shmangë që çështja e bujqësisë të bëhet shumë kohë. Në të vërtetë, dhoma e nevojshme për rritjen e bimëve nuk është përcaktuar ende saktësisht dhe disa eksperimente në mjedise të ngjashme me hapësirën (si HI-SEAS) kanë treguar se ky aktivitet mund të bëhet i gjatë.
Rritja e bimëve është vërtetuar se ka efekte jashtëzakonisht të dobishme, pasi mund t'u japë astronautëve një ndjenjë të udhëtimit me një pjesë të Tokës.
Së fundi, Sistemi i Prodhimit të Perimeve i NASA-s, ose Veggie, (i nisur në 2014), i cili ofron një sipërfaqe në rritje prej 0.11 m², është një shembull i shkëlqyer i një njësie të rritjes së bimëve që mund të përdoret në bordin e një anije kozmike, pasi tashmë është testuar në ISS. Për sa i përket kërkesave për dritë, LED-et përdoren me dy gjatësi vale të ndryshme: të kuqe (630 nm) dhe blu (455 nm) pasi bimët rriten në mënyrë më efikase nën këto gjatësi vale. Një LED i gjelbër mund të jetë gjithashtu i nevojshëm për t'i dhënë bimës ngjyrën e saj natyrale, duke lehtësuar kështu identifikimin e sëmundjeve dhe duke i kujtuar ekuipazhit të Tokës.
Mizuna (lakër japoneze), marule rome e kuqe dhe bekana e Tokios (lakra kineze) e rritur në njësinë Veggie në ISS.
Kushtet hapësinore krijojnë stres si për njerëzit ashtu edhe për bimët, kështu që dizajni i bimëve të afta të rriten në anije kozmike dhe të ndihmojnë në zbutjen e disa prej streseve që përjetojnë astronautët aktualisht është duke u studiuar.
Gjenet e përfshira në përgjigjet ndaj stresit të bimëve janë identifikuar, por për të reduktuar ose zbutur ato efekte, shkencëtarët duhet të modifikojnë shprehjen e gjeneve ekzistuese ose të shtojnë gjene të përshtatjes së hapësirës në gjenom. Kjo mund të arrihet duke përdorur modifikimin e gjeneve dhe disa gjene kandidatë tashmë janë identifikuar dhe studiuar në mënyrë specifike. Për shembull, ARG1 (Altered Response to Gravity 1), një gjen i njohur për të ndikuar në përgjigjet e gravitetit në bimët në Tokë, është i përfshirë në shprehjen e 127 gjeneve që lidhen me përshtatjen e fluturimeve në hapësirë. Shumica e gjeneve të ndryshuara në shprehje në fluturimet hapësinore u zbuluan se vareshin nga Arg1, duke sugjeruar një rol të madh për atë gjen në përshtatjen fiziologjike të qelizave të padiferencuara në fluturimin në hapësirë. HsfA2 (Hat Shock Factor A2) ka një efekt të rëndësishëm në përshtatjen e fluturimeve në hapësirë, për shembull nëpërmjet biosintezës së niseshtës. Objektivi është të dëmtojë gjenet që shkaktojnë stres dhe të promovojë ato të dobishme.
Gjene të tjera, të quajtura gjene të përshtatjes së hapësirës, të tilla si gjenet që lidhen me rrezatimin, perkloratin, xhuxhizmin dhe temperaturën e ftohtë, janë potencialisht me vlerë të studiohen pasi ato do të ndihmonin bimët t'i rezistonin kushteve të vështira të hapësirës. Për shembull, mikroorganizmat e përshtatur në mjedise hipersaline posedojnë gjene për rezistencën ndaj UV-së dhe rezistencën ndaj perklorit. Shumë lloje xhuxhësh (p.sh. gruri) janë kultivuar tashmë në ISS dhe domate xhuxh qershi 'Red Robin' mund të rritet në ISS si pjesë e eksperimentit Veg-05 të NASA-s.
Ne gjithashtu mund të projektojmë bimë për shëndetin e astronautëve. Promovimi i akumulimit të përbërësve të dobishëm, krijimi i bimëve të ngrënshme për të gjithë trupin për të reduktuar mbetjet, ose projektimi i bimëve për të prodhuar ilaçe kundër efekteve anësore të hapësirës tek astronautët janë mënyra të mundshme për t'i bërë bimët të dobishme për ekuipazhin.
Një strategji e bimëve ushqimore dhe elitare të të gjithë trupit (WBEEP) u përdor në bimët e patates, duke i bërë kërcellet dhe gjethet e patates të ngrënshme duke hequr solaninën prej tyre. Për të penguar prodhimin e tij, ose gjenet që e prodhojnë heshtin ose mutohen nga modifikimi i gjeneve. Krijimi i kësaj patate WBEEP ka avantazhe pasi është një bimë e kultivueshme lehtësisht që është një burim i mirë energjie dhe ka dëshmuar se është në gjendje të rritet në kushte të vështira siç është hapësira. Bimët ishin gjithashtu të fortifikuara për të plotësuar plotësisht nevojat e trupit të njeriut për lëndë ushqyese.
Rrezatimi ndikon negativisht në rritjen e bimëve dhe rrit rrezikun e mutacioneve gjenetike, ndaj mbrojtja e bimëve nga rrezatimi duhet të jetë prioritet
Një nga çështjet kryesore për shëndetin e astronautëve në mikrogravitet është humbja e densitetit të kockave. Kockat tona janë vazhdimisht të balancuara midis rritjes dhe resorbimit, duke i lejuar kockat t'i përgjigjen lëndimeve ose ndryshimeve në stërvitje. Kalimi i kohës në mikrogravitet e prish këtë ekuilibër, duke i kthyer kockat drejt resorbimit, kështu që astronautët humbasin masën kockore. Kjo mund të trajtohet me një ilaç të quajtur hormoni paratiroide, ose PTH, por kërkon injeksione të rregullta dhe ka një jetëgjatësi shumë të shkurtër, gjë që është problematike për fluturimet e gjata në hapësirë. Prandaj, u krijua një marule transgjenike që prodhon PTH.
Projektimi i bimëve që mund të rriten në hapësirë dhe të jenë të dobishme për astronautët është ende në fazën e hershme të kërkimit. Megjithatë, perspektivat e tij janë shumë premtuese dhe po studiohen nga të gjitha agjencitë kryesore hapësinore. Ndërtimi i një dhome të rritjes së bimëve në mjedisin jo mikpritës të hapësirës kërkon ende punë. Një nga sfidat do të jetë shtimi i pjesës bioregjeneruese të BLSS në LSS tashmë ekzistuese. Një sfidë tjetër është nevoja për një zgjedhje më të mirë të kulturave që do të rriten në bord për të përballuar kushtet hapësinore dhe për të ofruar rendimente të konsiderueshme. Por falë përhapjes së njohurive në mbarështimin e bimëve, redaktimi i gjeneve në kulturat e zgjedhura do t'i lejojë ato të përshtaten më tej me kushtet hapësinore dhe të përputhen me nevojat ushqyese dhe shëndetësore të një ekuipazhi.
Një burim: https://room.eu.com