Содержание
Как растения растут в состоянии невесомости?
Гравитация неотъемлема для всех организмов на Земле. Она влияет на каждый аспект нашей физиологии, поведения и развития — независимо от того, что вы такое, вы развиваетесь в среде, которая тесно уходит гравитационными корнями в землю. Но что произойдет, если вы откажетесь от привычной среды и окажетесь в ситуации за пределами эволюционного опыта? Биологи, выращивающие растения в лаборатории, частенько задаются таким вопросом. Эксперименты начинаются на земле, но постепенно переходят в космос. Что может быть новее для растения, чем условия микрогравитации в космосе?
Изучая, как растения реагируют на жизнь в космосе, мы можем узнать больше о том, как они приспосабливаются к изменениям окружающей среды. Растения не только имеют важное значение для земной жизни; они также могут быть важными для нашего освоения Вселенной. Пока мы готовимся к будущей колонизации, нам важно понять, как наши растения могут приспособиться к жизни на других планетах, ведь именно они могут стать неизменным источником еды, воды и воздуха для будущих колонистов.
Таким образом, даже пока мы находимся на земле, на борту той же Международной космической станции исследования идут полным ходом. Они уже преподнесли нам несколько сюрпризов на тему роста в условиях микрогравитации и изменили наше мышление о росте растений на Земле.
Содержание
- 1 Учиться безмятежности растений
- 2 Пока на Земле изучают растения, сами растения находятся в космосе
- 3 Собирая плоды
- 4 Настройка метаболизма на лету
- 5 Взгляд из космоса
Учиться безмятежности растений
Растения хорошо подходят для изучения экологической напряженности. Поскольку они торчат в одном месте — биологи называют такие организмы сессильными, — растениям приходится с умом подходить ко всему, что окружающая среда им преподносит. Переехать в более удачное место не получится, изменить окружающую среду тоже.
Однако растения могут изменить «внутреннюю среду», и растения — мастера по манипуляциям со своим метаболизмом, который помогает им справиться с пертурбациями окружения.
По этой причине мы и используем растения в своих исследованиях; мы можем рассчитывать на них как на чувствительных репортеров экологических изменений, даже в относительно новых условиях вроде космического полета.
Людям было интересно, как растения реагируют на космический полет, ровно с того момента, как у нас появилась возможность туда отправиться.
Пока на Земле изучают растения, сами растения находятся в космосе
Космический полет требует специальных камер для роста, специальных инструментов для наблюдения и сбора образцов и, конечно, специальных людей, которые позаботятся о проведении эксперимента на орбите.
Типичный эксперимент начинается на Земле в лаборатории с высадки спящих семян арабидопсиса в чашках Петри с питательным гелем. Этот гель (в отличие от почвы) держится на месте в невесомости и предоставляет растению необходимую воду и питательные вещества. Эти растения затем оборачиваются темной тканью, доставляются в космический центр Кеннеди и загружаются в капсулу Dragon на вершине ракеты Falcon 9, которая летит на МКС.
После стыковки астронавт загружает чашки в оборудование для выращивания растений. Свет стимулирует семена раскрыться, камеры постоянно записывают процесс всхода ростков, и в конце эксперимента астронавт собирает 12-дневные растения и сохраняет их в консервационных тубах.
По возвращении на Землю мы можем сколько угодно экспериментировать с сохраненными образцами, изучать их уникальные процессы метаболизма, которые протекали на орбите.
Собирая плоды
Одно из первых, что мы обнаружили, так это то, что некоторые стратегии роста корней, которые, как мы полагали, требуют гравитацию, не требуют ее вообще. В поиске воды и питательных веществ растения отращивают корни, отправляя их в места поблизости. На Земле гравитация является важным «указателем» направления роста, но растения также используют прикосновения (представьте кончик корня как чувствительный палец) для навигации вокруг препятствий.
В 1880 году Чарльз Дарвин показал, что когда вы выращиваете растения вдоль наклонной поверхности, корни растут из семян не прямо, а скорее отклоняются в одну сторону.
Эта стратегия роста называется «перекосом». Дарвин предположил, что причина тому — сочетание гравитации и касания корней — и 130 лет все остальные тоже так считали.
Но корни выросли с перекосом и без гравитации. В 2010 году мы увидели, что корни растений, выращенных на МКС, преодолели весь путь по поверхности чашки Петри с идеальным перекосом корней — без какой-либо гравитации. Это было сюрпризом. Очевидно, не гравитация стоит за паттерном роста корней.
У растений на МКС есть второй потенциальный источник информации, от которого они могли отталкиваться: свет. Мы предположили, в отсутствие силы тяжести, которая могла бы указать корням расти в направлении «прочь» от листьев, свет играет большую роль в ориентации корней.
Выяснилось, что да, свет очень важен, но не только свет — должен быть градиент интенсивности света, тогда он будет выступать в качестве ценного руководства. Представьте его как хороший запах: вы можете с закрытыми глазами найти на кухне источник запаха, если духовка с печеньем только открылась, но если весь дом будет в равной степени утоплен в аромате шоколадного печенья, вы вряд ли его найдете.
Настройка метаболизма на лету
Светящиеся растения позволяют нам узнать, какие гены активны, поэтому мы можем сказать, какие белки производятся.
Мы нашли ряд генов, вовлеченных в производство и реконструкцию клеточных стенок, которые по-другому экспрессируются у выращенных в космосе растений. Другие гены, чувствительные к свету, — которые обычно экспрессируются в листьях на Земле — экспрессировались в корнях на МКС. В листьях оказались репрессированы многие гены сигнализации фитогормона, а гены, отвечающие за защиту от насекомых, оказались более активными. Эти схемы генов и белков кое о чем сообщают: в условиях микрогравитации растения ослабляют клеточные стенки и вырабатывают новые способы чувствовать окружение.
Мы отслеживаем изменения экспрессии генов в режиме реального времени, отмечая конкретные белки флуоресцентной меткой. Растения с добавлением светящихся флуоресцентных белков могут «рассказывать» о том, как реагируют на свое окружение.
Такие инженерские растения выступают как биологический сенсор — «биосенсор», если коротко. Специальные камеры и микроскопы позволяют нам наблюдать за тем, какое применение растение находит этим флуоресцентным белкам.
Взгляд из космоса
Такого рода исследование дает нам новое понимание того, как растение воспринимает и реагирует на внешние раздражители на фундаментальном, молекулярном уровне. Чем больше мы узнаем о том, как растение реагирует на новые и экстремальные условия, тем больше мы знаем о том, как растение будет реагировать на изменение условий и здесь, на Земле.
Конечно же, наши исследования в этой области вносят вклад в коллективные усилия по выведению биологии за пределы планеты. Тот факт, что гравитация не так важна для растений, как мы когда-то считали, это приятная новость для перспектив разведения культур на других планетах с низкой гравитацией и даже на кораблях вообще без гравитации. Люди готовы покинуть планету, и когда мы покинем орбиту Земли, будьте уверены, с нами будут растения.
Выращивание растений в космосе
Американские ученые вырастили растение на лунном грунте
Американские ученые вырастили растения в лунном грунте, который доставили на Землю еще в рамках программы «Аполлон».
Пекинскую капусту будут выращивать на МКС
Интересный эксперимент планируется провести на многоцелевом лабораторном модуле (МЛМ) «Наука», который был отправлен 29 июля с Байконура в космос и пристыкован к МКС. Он называется «Витацикл-Т» и представляет собой выращивание зелени, злаков, бобовых и карликовых томатов.
Урожай «космического риса» собрали в Китае
Первый урожай риса, выращенного из семян, которые побывали на Луне, собрали в Китае. Ученые надеются, что это поможет создать новые сорта этой культуры и обеспечить продовольственную безопасность страны.
ОАЭ и Nanoracks будут выращивать культуры в космических теплицах
Американская аэрокосмическая компания Nanoracks и Объединенные Арабские Эмираты (ОАЭ) планируют выращивать в орбитальных теплицах сверхустойчивые культуры, которые смогут расти на Земле в самых суровых условиях.
Площадь выращивания сои планируется увеличить в Нидерландах
Самую урожайную раннеспелую сою для местного производства ищут исследователи из Университета Вагенингена в Нидерландах.
В марсианском грунте вырастили первый урожай фасоли
Ученые университета Вагенингена (Нидерланды) с ноября 2019 года экспериментируют с выращиванием фасоли в лунном и марсианском грунте.
Американские студенты победили в конкурсе на строительство теплиц на Марсе
Проект был представлен на конкурсе по разработке марсианских теплиц BIG Idea Challenge.
Норвежские ученые побалуют космонавтов овощами
Ученые Норвежского научно-технического университета (NTNU) намерены в 2021 году вырастить в космосе фасоль. А со временем на Международной космической станции будут выращиваться и другие овощи, которые разнообразят рацион космонавтов.
На Луне впервые взошло земное растение
На Луне проросли семена хлопка, которые китайский космический аппарат «Чанъэ-4» 3 января доставил на естественный спутник Земли.
Грузия готовится выращивать виноград на Марсе
О необычном проекте написал Washington Post в статье под названием «Белое вино на красной планете».
Теплицы с семенами томатов улетают в космос
19 ноября 2018 года немецкий авиационно-космический центр (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR) запускает в космос с базы ВВС в Калифорнии спутник с двумя биосистемами выращивания карликовых томатов.
Космическое земледелие нуждается в растительных гормонах — ученые
Биологи из Цюрихского университета доказали, что растительные гормоны можно использовать для космического земледелия, чтобы сделать производство продовольствия возможным в космосе.
Внешняя торговля
Это интересно
Новости регионов
Лукашенко
Мировые новости
Статистика
Торговля и общепит
Молочная промышленность
Курсы валют
Законодательство
Зерно
Урожай
Модернизация и строительство
Белорусская сельхозтехника
Ограничения на ввоз
Еда
Ветеринарный и продовольственный контроль
Новости Бреста
Молочное животноводство
Технологии
Показать все
Растения в космосе — Устойчивое развитие
Космос.
Возможно, вы слышали, что это последний рубеж, но для ученых из штата Северная Каролина это следующий рубеж. В июне прошлого года эксперименты по биологии растений, подготовленные профессором штата Северная Каролина Марселой Рохас-Пирс, были отправлены в космос на скорости более 176 000 миль в час на борту космического корабля SpaceX Dragon. Их пункт назначения: Международная космическая станция, где бортовой экипаж астронавтов выполнял протоколы, разработанные этими исследователями. Это важное исследование растений поможет нам лучше понять, как растения растут в космосе и на Земле.
В этом выпуске «Фермы, еда и вы» мы беседуем с профессором Марселой Рохас-Пирс и узнаем больше об этом неземном эксперименте и о том, что он означает для будущего сельскохозяйственной практики дома и за пределами нашей атмосферы.
Космос. Возможно, вы слышали, что это последний рубеж, но для ученых из штата Северная Каролина это следующий рубеж. В июне прошлого года эксперименты по биологии растений, подготовленные профессором штата Северная Каролина Марселой Рохас-Пирс, были отправлены в космос на скорости более 176 000 миль в час на борту космического корабля SpaceX Dragon.
Их пункт назначения: Международная космическая станция, где бортовой экипаж астронавтов выполнял протоколы, разработанные этими исследователями. Это важное исследование растений поможет нам лучше понять, как растения растут в космосе и на Земле.
В сегодняшнем выпуске «Фермы, еда и вы» мы побеседуем с профессором Марселой Рохас-Пирс и узнаем больше об этом эксперименте из этого мира и о том, что он означает для будущего сельскохозяйственной практики дома и за пределами нашей атмосферы.
Корни этого эксперимента возникли, когда НАСА разослало уведомление с запросом на проведение исследовательских экспериментов для Международной космической станции. Рохас-Пирс ответил на звонок.
Марсела:
Итак, это результат эксперимента или проекта, который мы выращивали в лаборатории до того, как начали изучать реакцию растений на гравитацию. И в рамках этого исследования мы характеризовали растение, которое имеет аномальную реакцию на гравитацию. Так и на земле, гм, прорастает и не вырастает, знаете, было, гм, знаете, против силы тяжести, просто везде как бы растет.
Хм, и это дало нам возможность как бы понять, как фенотип этих растений, то есть то, как это растение было ненормальным, могло повлиять на его рост в космосе. Так что это была прекрасная возможность разработать новый вопрос, где мы могли бы спросить, как микрогравитация влияет на этих конкретных мутантов и как она повлияет на определенный клеточный компонент в растительных клетках. Итак, НАСА призвало к проведению экспериментов на МКС, и мы подали заявку, и мы получили финансирование. Вот как мы, вот как мы начали.
ХОЗЯИН:
Рохас-Пирс отправил на МКС два генотипа арабидопсиса: один дикий тип и один мутированный. Предлагаемый вопрос: как микрогравитация влияет на вакуоли, самую большую внутреннюю структуру растительной клетки, которая способствует росту растений.
МАРСЕЛА
Сам эксперимент проверял, влияет ли микрогравитация на слияние некоторых компартментов внутри клетки. Итак, если вы посмотрите на растительную клетку, там есть большое отделение, называемое вакуолью, и эти вакуоли должны сливаться все время, пока клетки растут.
И поэтому мы задавались вопросом, оказывает ли микрогравитация какое-либо влияние, ускоряя или замедляя скорость слияния этих органелл.
Мы обнаружили, что это сложно. Таким образом, мы рассмотрели как минимум два разных типа клеток в корне и смогли обнаружить некоторые различия в одном типе клеток, но не в другом. И это было как у дикого типа, так и у мутантов, в первую очередь у растений с аномальными вакуолями. Но, к удивлению, мы обнаружили, что в целом не было серьезных дефектов слияния вакуолей в целом. Таким образом, в большинстве клеток было нормальное количество вакуолей, указывающее на то, что даже в стрессовых условиях МКС, которые включают в себя микрогравитацию, радиацию и различия в том, как двигаются газы и прочее, даже в тех условиях, этот конкретный процесс был несколько нормальным. И поэтому это было немного удивительно, может быть, не оглядываясь назад, но не было больших, больших различий. Мы обнаружили небольшие различия, опять же, в некоторых типах клеток, в некоторых типах клеток и у мутанта, но в целом, вы знаете, эти вакуоли сливались.
Это как бы объясняет, почему растения на самом деле растут почти нормально с точки зрения того, как быстро они растут в космосе, потому что вакуоли действительно необходимы для этого процесса.
ХОЗЯИН
Этот эксперимент поможет Рохас-Пирс в исследованиях растений в ее лаборатории, а также покажет, что растения можно выращивать в космосе.
MARCELA
Мы хотим иметь возможность эффективно выращивать растения в космосе, и вы сможете выращивать растения. Они не на сто процентов нормальные. У них есть некоторые реакции на стресс и все такое. И поэтому мы хотели знать, как вакуоль способствует этому с точки зрения применения на Земле. Наша исследовательская программа очень фундаментальна, но, в конце концов, она действительно дает информацию о том, как растения растут в стрессовых условиях, как они адаптируются к различным условиям, потому что вакуоли очень динамичны. Итак, другая часть лабораторных исследований — это изменения в морфологии вакуолей, когда растения подвергаются воздействию света и темноты.
Таким образом, все эти знания могут помочь нам информировать нас о других аспектах биологии и физиологии растений и так далее.
ХОЗЯИН
Исследование также поможет информировать сельское хозяйство на Земле.
МАРСЕЛА
Понимание фундаментальных аспектов роста растений в конечном итоге поможет нам, возможно, приспособить растения и внести изменения в рост растений, которые в целом сделают их более устойчивыми. Гм, потому что опять же, риск не получить хороший урожай, когда, знаете ли, единственный урожай, который у вас есть, это тот, который вы выращиваете, тогда в самолете, тогда это довольно серьезно.
ХОСТ
Еще один вывод из эксперимента — протокол эксперимента, который Рохас-Пирс разработал для астронавтов. Это был нелегкий подвиг.
МАРСЕЛА
Вы должны провести эксперимент трижды в Кеннеди, чтобы убедиться, что каждый шаг, который вы делаете для установки эксперимента, работает правильно. Так что были проблемы с загрязнением семян.
Возникли вопросы внесения химических растворов в рассаду. Были вопросы о том, насколько семена вырастут за определенное время. А потом, что происходит с растениями после завершения эксперимента, мы должны вернуть их обратно. Поэтому их нужно как бы зафиксировать, чтобы мы могли анализировать растения под микроскопом. И поэтому все приходилось проверять и перепроверять. И мы должны были продемонстрировать НАСА, что мы готовы.
Это очень дорогой эксперимент. Поэтому они хотят убедиться, что когда дело пойдет, оно будет успешным. Так что нам пришлось пойти три раза и запустить, в основном запустить макет эксперимента в их ростовых камерах, но с использованием всего оборудования во всех решениях, все так, как это будет, когда он отправится на МКС. И, и так в первый раз, когда мы это сделали, я имею в виду, у нас было, и именно тогда вы выяснили все проблемы, которые у вас есть в эксперименте. Итак, первый раунд был катастрофой, а во второй раз все стало лучше, и мы использовали его для улучшения всех протоколов и решений, которые мы использовали.
И, вы знаете, сколько дней мы выращивали наши растения и все такое. И вот к концу третьего тайма мы сказали им, что готовы. И тогда они дали нам зеленый свет.
ВЕДУЩИЙ: Как только протокол был доведен до совершенства, они передали его астронавтам для выполнения на МКС.
МАРСЕЛА:
И наш эксперимент очень невмешателен. Итак, мы отправили это оборудование, а именно эти маленькие металлические коробочки со всеми этими вещами. И все, что им нужно было сделать, это, знаете, вынуть его из холодильника, поставить при комнатной температуре, а потом им нужно было, знаете, надавить на него, как шприц, и пару раз, и тогда они были в принципе сделано. Так что это эксперимент, который очень эффективен с точки зрения времени космонавтов, которое очень, очень дорого и труднодоступно.
HOST
Протокол — это наука, которую можно использовать в будущих экспериментах с растениями в космосе. Рохас-Пирс в восторге от первых результатов, а также от общего опыта.
MARCELA
Было отправлено множество экспериментов с использованием растений, которые задают всевозможные вопросы, но опыт пребывания там и фактического наблюдения за этими самолетами заставляет вас мчаться вперед и знать, что ваши планы выполнены.
. .Это супер, супер захватывающе, конечно.
HOST
Чтобы узнать больше об исследованиях Рохаса-Пирса, ознакомьтесь со статьей журнала CALS Magazine «Plants in Space», доступной на сайте go.ncsu.edu/calsmagazine. Узнайте обо всех других способах, с помощью которых студенты и преподаватели CALS достигают следующего рубежа.
Спасибо, что присоединились к нам на фермах, еде и вас. Этот подкаст является продуктом NC State Extension и Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни в Университете штата Северная Каролина. Если вы хотите поддержать шоу, поделитесь этим эпизодом в социальных сетях и оставьте отзыв в выбранном вами приложении для подкастинга. Давай поговорим скорее!
Этот пост был первоначально опубликован в Новостях Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни.
Растения в космосе — Национальный космический центр
Забронируйте сейчас онлайн и получите бесплатный годовой абонемент
Забронируйте
пространство.
Но знаете ли вы, что космический полет также помог нам узнать больше о наших маленьких зеленых друзьях?
Как жить в космосе
Предоставлено: Национальный космический центр
В 1946 году первой живой тканью в космосе была горсть семян кукурузы. Ученые хотели увидеть, как космическое излучение влияет на живые ткани, прежде чем отправлять что-то более существенное. Семена кукурузы были важной ступенькой для людей, чтобы достичь звезд 15 лет спустя.
Космические семена также помогли вернуть на Землю чудеса астрономии.
В 1971, экипаж Аполлона-14 облетел семена вокруг Луны, прежде чем вернуть их в растения по всему миру. Эти «лунные деревья» были выращены рядом с деревьями, которые не были в космосе, чтобы сравнить любые различия, но также были важным символом технологических достижений человечества.
В настоящее время на борту Международной космической станции во имя науки выращивают множество различных растений.
Астронавты съедают около половины продуктов (да, даже астронавтам нужно их пять штук в день!), но растения также помогают поддерживать чистоту воздуха на станции.
Растения могут перерабатывать содержащиеся в воздухе вредные химические вещества в безопасный воздух, пригодный для дыхания. Знаете ли вы, что НАСА впервые обнаружило преимущества растений в отношении качества воздуха еще в 1989 году? Их исследование «Чистый воздух» показало, что некоторые растения удаляют из воздуха химические раздражители, такие как формальдегид и аммиак, что и по сей день сильно повлияло на популярность комнатных растений, фильтрующих воздух.
Наряду с поддержанием физического здоровья космонавтов, растения также помогают психологически. Исследования показали, что уход и выращивание маленького кусочка Земли так далеко от дома может помочь космонавту почувствовать себя немного менее чуждым.
Младшие британские читатели, возможно, помнят похожий эксперимент, когда в британские школы для испытаний были отправлены семена ракет, которые летали вместе с астронавтом Тимом Пиком.
Загрузите нашу собственную временную шкалу «Растения в космосе» здесь!
Понятно, что растения сильно повлияли на космические путешествия, но это не односторонняя история. Космические исследования также многому научили нас о том, как работают растения.
Создавая уникальные условия, которые мы не можем смоделировать на Земле, исследования космических растений в последние десятилетия действительно набрали обороты (в буквальном смысле).
Как живут растения?
Молодняк подсолнуха растет на МКС. Предоставлено: NASA
Мы многое узнали о растениях, основываясь на том, как растения растут в космосе, без влияния гравитации.
На Земле мы знаем, что корни растут вниз от света, а побеги растут к нему. Таким образом, мы можем сказать, что гравитация и свет говорят растениям, как им расти.
Однако в космосе, без действия гравитации, корни все же растут вниз? Как растения узнают, где верх?
Удивительно, но при выращивании в космосе корни по-прежнему растут в сторону от света, а побеги к нему, что говорит нам о том, что свет является основным двигателем направления роста растений.
Выращивание салата на МКС, 2017 г. Фото: НАСА
Представление художника о выращивании пищи на других планетах. Предоставлено: NASA
В космосе мы также можем узнать, как растения реагируют на недостаток кислорода.
Как и нам, растениям для дыхания нужен кислород, и на Земле это относительно просто. Гравитация помогает газам естественным образом смешиваться в воздухе: более теплый воздух поднимается вверх, а более холодный и плотный опускается к земле. Это постоянное перемешивание гарантирует, что воздух вокруг нас относительно ровный, поэтому мы не испытываем кислородного голодания, когда сидим на одном месте и дышим.
Однако в космосе такого смешения газов не происходит. Когда растение дышит, оно использует окружающий его кислород. Без смешивания свежего кислорода вокруг растения оно может испытывать местное кислородное голодание, ограничивая количество кислорода, доступного для поддержания жизни растения. Важно понимать, сколько кислорода и воздуха в целом необходимо растению для роста.