Как растения растут в состоянии невесомости? Растения в космосе как растут
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.
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 перетурбациями 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.опубликовано econet.ru
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое сознание - мы вместе изменяем мир! © econet
econet.kz
Зачем растения в космосе?
21.07.18 GELIOS-PLUS.RU — Ученые планируют создать космические оранжереи для растений, которые будут расти в космосе до полутора лет - рассказывает кандидат биологических наук Института ботаники НАНУ Ольга Артеменко
Мириам Драгина: Ольга, вы работаете в Институте ботаники и занимается космобиологии и фенотипически пластичностью. Институт ботаники - главное учреждение в Украине и одна из ведущих учреждений Европы по изучению биоразнообразия на всех уровнях организации сосудистых и споровых растений и грибов. Институт является главным учреждением в программе «Космическая биология» Национальной космической программы Украины. То есть это то, чем вы занимаетесь?
Ольга Артеменко: Да. Это непосредственно то, чем занимается наш отдел. Это раздел «экспериментальная ботаника» - направление более шире классической ботаники, систематики, морфологии, экологии. Мы занимаемся тем, что изучаем непосредственно процессы метаболизма, происходящие в клетках, ультраструктуры клеток, их анатомию.
Мириам Драгина: А какие цели в космической биологии?
Ольга Артеменко: В последние годы программы освоения космоса, в частности освоения Марса, были прикрыты, и мы пытаемся восстановить то, что было раньше разработано. В течение 40 лет было много исследований по использованию микроводорослей. Но последние исследования показали, что это не очень удачный объект, поэтому сейчас перешли уже на изучение высших растений в космосе. На самом деле многие страны занимается этим вопросом.
Мириам Драгина: А почему неудачными есть водоросли?
Ольга Артеменко : Потому что они не перевариваются организмом человека. А для длительных полетов нужно, чтобы объект мог не только давать кислород, пищу и воду, но и выступать в качестве биорегенеративна система, то есть переделывать эти отходы: мочу, кал и СО2 .
Мириам Драгина: А по ламинарии?
Ольга Артеменко: Ламинария - это микроводоросль, как раз она и была объектом этих исследований. Исследования показали, что ламинария не содержит полного состава тех необходимых микроэлементов, витаминов, нужны космонавту во время длительных полетов.
Мириам Драгина: Правильно ли я понимаю: вы исследуете растения, которые должны выполнять много функций, и в том числе функцию пищи? И обязательно все эти функции одновременно?
Ольга Артеменко: Планируется сделать космические оранжереи (сейчас над этим работают), потому что нужно, чтобы растение имело возможность расти в космосе где-то около полутора лет, а не в то короткое время, ранее исследовался. У нас не было возможности исследовать в космическом полете растение, которая росла год. Максимум, что мы имеем, это получение семян. От семени до семени - это приблизительно до 30 дней.
Мириам Драгина: Первым гостем программы «Этим человеком был Альберт Эйнштейн» был Леонид Каденюк, которой в 1997 году в своей космической миссии, в шаттле, брал с собой ваши растения и исследовал их. Каких результатов он достиг?
Ольга Артеменко: Результаты должны больше ценность с научной точки зрения, потому что действительно такие условия как в космосе мы не можем воспроизвести на Земле. Он опылял на орбите растения - это был процесс от семени до семени. И уже потом на Земле проводились исследования его материала. То есть более это важно научное, так как исследовалась ультраструктура, именно семена. Сильного влияния мы не увидели, но для ученых все же были важные детали, которых позже мы, возможно, коснемся. Это очень важно для дальнейших исследований, поскольку полеты будут долговременные, то нужно знать, как будет реагировать растение, долгое время находясь в таких условиях.
Мириам Драгина: Сейчас бытует мнение, что генетика находится на такой степени как когда-то была химия, которая перешла от алхимии до собственно химии. То ли самое происходит с ботаникой благодаря тому, что мы можем обрабатывать данные с помощью компьютеров?
Ольга Артеменко: Я не могу сказать, это похоже на путь химии. Но действительно сегодня используют компьютеры для исследования. Есть очень много программ, особенно по молекулярной биологии, которые мы используем. То есть математика тоже сделала свой вклад в исследования ботаники.
Мириам Драгина: Но ботаник не обязательно должен знать математику?
Ольга Артеменко: Нет. Но, если человек хочет заниматься наукой, и ботаникой в частности, то в принципе каких-то знаний по ботанике или биологии может хватить для того, чтобы разрабатывать тему, которая будет на границе двух специальностей. Например, у нас есть аспирант-физик, к ботанике имел посредственное отношение, но он подучился и сейчас занимается биофизикой, исследует влияние магнитных полей на растения.
Мириам Драгина: Существует много мифов относительно растений. Например, говорят, что подорожник может заживлять раны. Это правда?
Ольга Артеменко : Вы помните, что его еще нужно было смочить слюной. Здесь играет больше роль именно слюна, которая имеет регенеративную функцию. Но последние исследования показали, что это все же больше эффект плацебо.
Мириам Драгина: В институте Вы занимаетесь фенотипически пластичностью. Что это такое?
Ольга Артеменко: Это свойство генотипа растения изменять экспрессию своих генов таким образом, что они потом выражают в разных фенотипах в ответ на внешние факторы. Например, мы берем растения, которые принадлежат к одному виду, но они растут в разных условиях (в воде или на суше, например) и имеют различный вид снаружи. Это их фенотип. Но генотип их одинаков, то есть они относятся к одному виду. Сейчас мы изучаем камыш: на суше он меньше, а в воде больше, к тому же у них разная корневая система, потому что в водных и сухопутных она должна быть разной, чтобы выжить в тех условиях, где они находятся.
Мириам Драгина: А зачем менять растения? Для чего это делается?
Ольга Артеменко: Это адаптивная реакция растения на изменение условий. Мы изучаем эти механизмы для того, чтобы можно было спрогнозировать. Ведь сейчас говорят об изменении климата, о влиянии антропогенного фактора - растение же приспосабливается к тем условиям, где растет. Мы изучаем эти механизмы, чтобы в будущем можно было предупредить. Например, если мы изучаем, как меняется растение в условиях засухи, то когда будут изменения климата, можно будет спрогнозировать, как будет себя вести то или иное растение, и что можно сделать, для того чтобы она не уменьшилась и давала такой же урожай, как при нормальных условиях.
Мириам Драгина: Обращаются к вашим исследований представители агрохолдингов?
Ольга Артеменко: Иногда бывает. Насколько я знаю, в нашем Институте есть отдел фитогормонологии, которые в основном работают с агросектором. Они исследуют гормоны, и для сельскохозяйственных дисциплин это более интересно.
Мириам Драгина: А с экспериментами космоса к вам должны обращаться космические агентства?
Ольга Артеменко: Да, мы работаем с ними напрямую, мы единственные в Украине, кто занимается космической биологией, точнее не единственные, но основные.
Мириам Драгина: Существуют частные структуры, которые занимаются космической биологией?
Ольга Артеменко: В Украине нет. В мире, знаю, что есть международная группа, в которую входит 8 стран, которая занимается исследованием жизни в космосе. Туда входит и Украина, и NASA , и Европейское космическое агентство. В последнее время много информации идет со стороны Китая, так как они начали заниматься этим очень активно, они также планируют запустить космический корабль и хотят исследовать растения, ведь без этого невозможно, потому что биосистема необходима.
Мириам Драгина: Слышала, что вы выращиваете растения также, чтобы космонавты снимали стресс?
Ольга Артеменко: Возможно. Однако я все же думаю, что первое, что человека беспокоит - это есть, пить и дышать. Это на уровне инстинктов. Хотя зеленый цвет действительно расслабляет.
Мириам Драгина: Кстати, мы говорим о растениях не случайно, потому что сегодня День растений. А где вы берете растения для исследования?
Ольга Артеменко: Для фенотипической пластичности мы берем растения из природы, у нас для этого есть экспедиции. Ранее мы ездили в Полтавскую область, а теперь у нас новый объект в Киевской области. Есть также лабораторные растения - это кукуруза и классический арапидопсис, растение, на которой работают все ученые, потому что она очень удобна для исследований. Она дает семена в течение 30 дней, поэтому можно отследить полный жизненный цикл.
Мириам Драгина: А какие-то тренды в исследованиях? Существуют прогнозы, куда направляется космология? С чем она, возможно, сочетается окончательно? Каких она достигнет результатов?
Ольга Артеменко: Надеемся, что будут созданы международные космические станции, на которых будет выделено и сегмент для Украины, для того чтобы мы могли разместить там свои образцы. Потому что воспроизведения космических условий полета на Земле частичные.
Елена Скирда: Я бы хотела поговорить о Международный День растений, его отмечают завтра. В прошлом году Украина заняла второе место в мире по количеству событий во время Дня растений. В общем этот день проходит в более 50 странах. В вашем институте как-то приобщаются по сей день?
Ольга Артеменко: У нас есть ученый совет, на котором объявляют, что есть такой день, и мы знаем, что он есть. По сей день могут приурочить какие-то торжества, которые непосредственно связаны с нашим институтом. У нас раньше были ярмарки в этот день. Однако сейчас празднования нет. Кстати, в этот день проводят специальные экскурсии в Ботаническом саду.
Админ спрашивает: эта страница Зачем растения в космосе? дала ответ на ваш вопрос? Дата 21.07.18 Да, спасибо Нет, не то! Дополнитьgelios-plus.ru
Как растения растут в состоянии невесомости?
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.
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 перетурбациями 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.опубликовано
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое сознание — мы вместе изменяем мир! ©
Источник: hi-news.ru
bashny.net
Могут ли цветы расти в космосе?
Вся научная деятельность 20-го века сосредоточилась вокруг покорения Луны. Это была важная стартовая точка, позволяющая переходить к освоению не только нашей системы с ее 8-ю планетами, но и всего космического пространства.
Сейчас же мы не просто отправляем зонды к далеким объектам, ищем экзопланеты и признаки жизни в других системах, но и выдвигаем реальные планы по колонизации Луны и Марса, как ближайших наиболее благоприятных объектов.
Однако подобные миссии сталкиваются с огромным списком проблем. Важно понимать, что человеку придется не только проделать длинный путь (как в случае с Марсом), но и прибыть в недружелюбную обстановку с отсутствием воды, атмосферы (воздуха) и измененным давлением. И самое важное – нет растительности, которая гарантировала бы продукты питания и воздух. Но могут ли цветы расти в космосе?
Конечно, проще всего вырастить и продать живые цветы оптом в Москве, но от этого не будет толку на других планетах. Почему это так важно? Дело в том, что именно растения позволяют нам избавиться от необходимости налаживать дорогостоящие и длительные поставки с Земли на другие космические объекты. К тому же, они вырабатывают ценный кислород.
Главная загвоздка в том, что цветы привыкли к земным условиям. Им нужна правильная почва, добавки, солнечный свет и физические законы, влияющие на рост. Если вы отправите лилию на Красную планету, то она может погибнуть еще при транспортировке и точно не приживется в чужом грунте. Как быть?
На Земле уже давно существуют лаборатории, где стараются смоделировать марсианские или лунные условия. Можно установить необходимую температуру, давление и химическим путем добиться нужного состояния грунта, а потом смотреть на процесс роста растения и устранять возникшие проблемы. Но у нас нет одной важной возможности – умение контролировать гравитацию.
На Земле именно гравитация управляет процессом перемещения соков в организме. Ее низкий показатель негативно сказывается также на организме человека, влияя на кости и мышечную массу. Реагирует ли подобным образом растительность? Ответ можно найти благодаря Международной космической станции.
Это идеальная среда для изучения воздействия микрогравитации на растительность и живые организмы. Эксперимент начинается на Земле. Выращенные зерна помещают в специальный гель, имитирующий невесомость, а потом заворачивают в особую ткань и в контейнерах доставляют на станцию. Там их высаживают в подготовленную почву в камерах и облучают имитацией солнечного света. Есть ли результат? Огромный!
Оказалось, что при некоторых стратегиях корни вообще не нуждаются в гравитации, как это происходит на Земле. Еще Чарльз Дарвин продемонстрировал метод «перекоса», когда растение в поисках воды меняло направление роста своих корней. Исследователи заметили, что это повторяется и в условиях низкой гравитации, а значит она вообще не влияет на этот процесс.
Еще в 2014 году экипаж МКС похвастался выращенными ростками капусты, а в 2015-м они пообедали свежим салатом прямо в невесомости! Конечно, перед этим все образцы доставили на Землю и проверили их вредность для человеческого организма.
В 2016 году расцвел первый декоративный цветок – Астра-цинния. Об этом сообщил астронавт Скотт Келли. Сейчас ученые занимаются разработкой необходимой техники, которая понадобится для выращивания цветов и огородных растений в марсианских и лунных условиях. Изучают также стратегии защиты и внедрения специальных химических веществ, чтобы сделать чужеродную почву благоприятной для земной жизни.
Колонизация других планет – вопрос времени, и однажды цветы смогут украсить мир за пределами нашей системы.
lfly.ru
Как растут растения в состоянии невесомости? - 11 Августа 2015 | Земля
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.
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.
earth-chronicles.ru
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.
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.
www.slavssoft.ru
Выращивание в космосе растений | Космос как космос
Человеку всегда будет нужна привычная ему земная среда. И, уходя в безоглядные космические дали, он обязательно возьмет с собой частицу родной планеты, станет заботливо выхаживать растения, включит их в свой космический интерьер.
Выращивание в космосе растений связано с притягательной, сегодня еще романтической, стороной освоения Вселенной человеком: — с путешествиями в дальний космос. Продуктивные космические оранжереи должны будут в таких полетах давать космонавтам кислород и пищу, а также перерабатывать (вместо «неэкономного» выброса за борт) отходы их жизнедеятельности.
Но дело тут и в другом. Это поможет ему сохранять психологическое равновесие. Уже сегодня наблюдение за зелеными ростками, уход за ними — любимое занятие космонавтов.
Космоботаника старше пилотируемой космонавтики. Ветка традесканции, комнатного цветкового растения, летала на орбиту еще до Гагарина, в одном из испытательных полетов будущего корабля «Восток». К нашему времени в космосе побывали представители многих растении: лук, горох, пшеница, кукуруза, капуста, укроп, салат.
«Оазис» — так назвали установки для выращивания высших растений. По космическим масштабам, это крупные приборы. Летавший на «Союзе-6» «Оазис» имел массу около 20 килограммов и габариты 455х520 миллиметров. Таким был островок растительной жизни в космической пустыне. Главная его часть — культивационный блок, в котором, собственно, и происходит выращивание растений. Произрастает посев в сосудах, на дне которых вместо привычной почвы — вкладыш, пропитанный питательным раствором.
Для нормального развития растений требуется хорошая освещенность. Поэтому установка имеет свой светильник, заменяющий растениям Солнце. Движение воздуха создает вентилятор — без этого в невесомости не обойтись. Ведь привычного нам на Земле перемешивания воздушных слоев — подъема теплых потоков и опускания холодных ввиду разницы в их весе — здесь нет.
Полив растений — процедура особая. Вода на станции хранится в специальном баке, из которого насосом подается к корням. Они, кстати, тоже нуждаются в вентиляции, поэтому время от времени проветриваются.
Вот сколько сегодня требуется всяческих ухищрений, чтобы устроить огород или сад в космосе. Вначале дело шло не столь благополучно, как хотелось бы: растения принимались расти вроде бы нормально, а потом быстро чахли, гибли. Удалось добиться цветения лишь одного из бобовых — арабидопсиса, крошечного мелкоцветкового растения, очень неприхотливого в земных условиях.
Некоторые специалисты даже поговаривали, что страшного в этом ничего нет: в космосе и не обязательно выращивать растения по полному циклу, от семени до семени; можно ограничиться получением зеленой массы наподобие выращивания кукурузы до стадии молочно-восковой спелости в умеренных и северных зонах территории Советского Союза. А новый посадочный материал легко доставлять с Земли, благо семена много места не занимают и сохраняются в течение долгого времени.
Но если растения в космосе нормально не развиваются — значит, что-то на орбите их не устраивает. А если это «что-то» в конце концов скажется на здоровье космонавтов? Оптимисты утверждали: растения на орбите плохо себя чувствуют потому, что мы пока еще не научились правильно ухаживать за ними. Сам человек сумел же приспособиться к невесомости, хотя под ее воздействием в его организме происходит значительная перестройка: жидкости перемещаются в верхнюю часть тела, уменьшается объем циркулирующей крови, меняется водно-солевой баланс; эти и другие сдвиги, в свою очередь, ведут к изменениям в работе сердечно-сосудистой системы, в мышечной и костной ткани. Тем не менее с помощью различных средств профилактики (физических упражнений и специальных костюмов, о которых мы уже упоминали) и сбалансированного рациона питания удается компенсировать отсутствие привычной организму среды. В каком-то смысле человеку в космосе легче, чем растению: он может сознательно регулировать свою жизнедеятельность, восполнять в своем организме недостающие последнему продукты питания, подвергать его компенсирующим физическим воздействиям.
Долго и настойчиво работали специалисты над совершенствованием методов космического растениеводства и наконец добились своего. Космонавты Анатолий Березовой и Валентин Лебедев в полете на станции «Салют-7» вырастили в при боре «Фитон» (древнегреческое слово, означающее «растение») из семян арабидопсиса, посеянных в космосе, растения, которые дали семена!
Труден путь земледелия в космосе. Но разве был он легок в свое время и на Земле, разве он чрезвычайно прост и теперь на нашей планете? Первобытный человек испытал на себе угрозу голода и вымирания, прежде чем догадался перейти от собирательства готовых «даров природы» к земледелию (и от охоты к скотоводству). Прогнозы-фантазии о космических оранжереях с могучими плодами, не гнущими (в невесомости) ветвей, где энергия Солнца обильна и круглосуточна, оказались не так легко реализуемы. Но оранжереи в космосе будут! Принципиальную возможность их создания доказал маленький арабидопсис.
Кстати сказать, зеленая поверхность всех растений нашей планеты раз в триста превышает поверхность самой Земли и сопоставима с площадью поверхности планеты-гиганта Юпитера. Так что растения — поистине космические существа, живущие рядом с нами и очень активно использующие энергию ближайшей к нам звезды, то есть нашего Солнца.
До сих пор мы говорили о транспортировании земной жизни в космос, об искусственном её там культивировании. А нет ли в необозримых просторах Вселенной какой-то иной жизни — внеземного происхождения. Средствами космонавтики пока не обнаружено ничего живого ни в открытом космическом пространстве, ни на других планетах Солнечной системы. Астрономия тоже пока не засвидетельствовала признаков жизни в космосе за пределами Солнечной системы.
Участники первых американских лунных экспедиций подвергались строгому карантину по возвращении на Землю, чтобы предотвратить занесение на нашу планету предполагавшихся лунных микробов с неизвестными свойствами и потенциально крайне опасных именно ввиду неизвестности их свойств и, следовательно, средств борьбы с ними, Однако предосторожности оказались излишними: безжизненна, стерильна Луна. Это не помешало, правда, тому, что, как показали последующие эксперименты, земные семена — капусты, моркови, салата, редиса — прекрасно всходят на стерильном лунном грунте, доставленном на Землю. Одно голландское любительское общество по выращиванию тюльпанов даже просило горстку «лунной земли» у академии наук СССР, чтобы создать новый сорт прославленного в этой стране цветка.
Не оказалось жизни также на Венере. Спускаемые аппараты советских автоматических станций «Венера» показали: температура и давление на поверхности «утренней звезды» такие, что ничто живое их не выдержит.
Не найдена жизнь и на «красной планете» — Марсе, хотя именно там до недавнего времени предполагалось существование не только жизни, но и высокоразвитой цивилизации. Старый вопрос: «Есть ли жизнь на Марсе?» получил отрицательный ответ. Но теперь возникает другой вопрос: «Будет ли жизнь на Марсе?». Современная наука не исключает положительного ответа.
Советские биологи и техники создали наземную установку «Искусственный Марс». В ней воспроизведены природные условия (грунт, температуры, состав и давление разреженной атмосферы, сравнительно интенсивное ультрафиолетовое облучение Солнцем), реально существующие на Марсе и ставшие известными благодаря информации, полученной от автоматических станций и их спускаемых аппаратов. Оказалось, что бактерии, в отличие от животных и растений, вполне могут выжить в марсианских условиях. Это подтверждает принципиально важное предположение ученых о том, что «хрупкая» жизнь в земной атмосфере и в земной водной среде (эпитет «хрупкий» родился при взгляде на нашу планету и её биосферу из космоса) не столь уж хрупка.
Нельзя считать абсурдными мнения некоторых ученых о возможности существования каких-то простейших форм жизни в облачном слое Венеры или в верхних слоях атмосферы Юпитера.
Но главным остается принципиальная доказанность возможности существования и развития в космосе различных видов земной жизни. Жизнь способна на многое. Из многообразия её свойств мы бы выделили её космическую устремленность и, можно даже сказать, космическую сущность.
***
partnora.ru
