چالش‌های پرورش گیاهان در شرایط فضایی

یکی از چالش‌های پیش روی محققان برای زندگی در فضا امکان رشد گیاهان و انجام کشاورزی در فضاست.

کد خبر: ۱۷۷۸۰۲

تاریخ: ۱۶ مهر ۱۳۹۶ - ۱۳:۱۰

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از اسپیس، ایجاد یک منبع غذایی دائم و مستمر در سفرهای فضایی بسیار می‌تواند تعیین‌کننده باشد.

برای مثال انجام یک سفر فضایی به مریخ چند ماه به طول می‌انجامد و امکان رساندن تجهیزات و مواد غذایی اضافی به فضاپیمای عازم به مریخ تقریبا وجود ندارد.

اگر این سفر قرار باشد به اعماق فضا باشد شرایط خاص‌تر و دشوارتر خواهد شد.

ذخیره‌سازی مواد غذایی اولین و ساده‌ترین گزینه در سفرهای فضایی محسوب می‌شود اما محدودیت در وزن محموله فضاپیما و همچنین تمام شدن ذخیره مهمترین چالش‌هایی هستند که باید در نظر گرفته شوند و پاسخی که به آنها داده می‌شود صرفا تولید مواد غذایی در فضاست.

این پاسخ لزوما آسان نیست زیرا در شرایط خلاء، فضا وضعیت برای رشد گیاهان بسیار دشوار است. علاوه بر تامین هوا گیاهان فضایی باید از آسیب‌های اشعه‌های فرابنفش و دیگر اشعه‌های مضر کیهانی دور نگه داشته شوند و همچنین شرایط فشار کمتر از فشار زمین و جاذبه بسیار کم را تحمل کنند.

شاید جالب باشد که اولین مسافر فضایی دانه‌های ذرت بودند. در سال 1946، ناسا یک موشک V-2 را که دانه‌های ذرت را حمل می‌کرد به فضا پرتاب کرد تا ببیند که چگونه از تابش اشباع می‌شود. از آن به بعد، جامعه علمی در مورد اثرات محیط فضایی بر جوانه‌زنی بذر، متابولیسم، ژنتیک، بیوشیمی و حتی تولید دانه تحقیقاتی انجام داده است.

دو اخترزیست‌شناس به نام‌های "دیوید تپفر"(David Tepfer) و "سیدنی لیچ"(Sydney Leach) از دانشگاه آرکانزاس آمریکا به تازگی به بررسی این موضوع پرداخته‌اند که دانه‌هایی که مدت‌ها در ایستگاه فضایی بین‌المللی مستقر بوده‌اند، زمانی که به زمین برگردند چطور رشد می‌کنند.

یکی از ماموریت‌های انجام‌ شده در زمینه واکنش گیاهان به وضعیت محیطی در فضا ماموریت "اکسپوز" (EXPOSE) بوده است. این ماموریت بسیار طولانی‌تر از ماموریت‌های دیگر در این زمینه بوده است و در آن بسته‌هایی از بذر گیاهان مختلف در فضای بیرونی ایستگاه فضایی بین‌المللی قرار داده شد.

هدف این بود که نه تنها اثرات قرار گرفتن در معرض تابش بلند مدت شناسایی شود بلکه مکانیزم‌های مولکولی این اثرات نیز درک شود.

ساختار بذر گیاهان دارای دو پوشش خارجی برای محافظت از دانه اصلی است و محققان در بررسی‌های خود به این نتیجه رسیده‌اند که دو ابزار دفاعی دیگر در گیاهان برای مقابله با شرایط سخت وجود دارد.

ابزار اول داشتن نسخه‌های متعددی از ژن‌های اساسی است. دانشمندان به این قابلیت "افزونگی" می‌گویند. افزونگی ژنتیکی در گیاهان گلدار، به ویژه محصولات غذایی مانند هندوانه بدون تخم و توت فرنگی، رایج است. اگر یک نسخه ژنتیکی آسیب دیده باشد، هنوز هم برای انجام رشد گیاه سالم شرایط مهیاست.

ابزار دوم پوشش‌های بذرها دارای موادی به نام فلاونوئید هستند که حکم کرم ضدآفتاب را دارند و  DNA بذر را از آسیب نور ماوراء بنفش محافظت می‌کنند. بر روی زمین، جو زمین ما قبل از اینکه بتواند به ما برسد، از نور UV های مضر فیلتر می‌کند. اما در فضا، سپر محافظی مانند جو زمین وجود ندارد.

آیا این ویژگی‌های ویژه به اندازه کافی اجازه می دهد که بذر زنده بماند یا حتی رشد کند؟ برای پیدا کردن پاسخ، تپفر و لیچ یک آزمایش با گیاهان تنباکو، Arabidopsis(یک گیاه گلدار که معمولا در تحقیقات مورد استفاده قرار می‌گیرد) و دانه‌های "شکوه صبحگاهی" انجام دادند. این گیاهان دارای ژنوم افزونه هستند.

این دانه‌ها به فضا فرستاده شدند و حدود دو سال در فضا مستقر شدند و در دو محفظه متفاوت قرار داده‌ شدند. در یکی از محفظه‌ها اشعه فرابنفش به بذرها می‌رسید و در محفظه دیگر هیچ اشعه‌ای به دانه‌ها نمی‌رسید.

طی بررسی‌ها مشخص شد 60 درصد دانه‌هایی که از رسیدن پرتو فرابنفش محافظت شده‌ بودند، جوانه زدند اما این رقم در رابطه با دانه‌های دیگر فقط سه درصد بوده است.

در بررسی‌ها محققان به این نتیجه رسیدند که آسیب دیدن DNA گیاهان در برابر اشعه فرابنفش صرفا سبب نمی‌شود که جوانه‌زنی آنها با اختلال مواجه شود بلکه آسیب دیدن ژنوم‌های افزونه اثر بیشتری در این ناتوانی دارد و البته دوز تابش فرابنفش نیز اهمیت زیادی دارد.

محققان تلاش می‌کنند که در آینده به راهکارهایی دست پیدا کنند که بتوانند مقاومت دانه‌ها را در برابر شرایط دشوار فضا برای رشد، افزایش دهند.