Kada virsim cepelinus Marse?

Kosmosas Kada virsim cepelinus Marse?...

Turbūt daugelis prisimena filme „Marsietis“ (The Martian) Matto Damono vaidinamą herojų, kuris, siekdamas išgyventi Marso planetoje, sugalvoja auginti bulves vietinėje žemėje. Kaip kompostą panaudojęs perdirbtas išmatas, jis sėkmingai ūkininkauja ir mums užduoda aktualų klausimą – ar iš tiesų atšiaurioje planetoje galėtume užsiimti tokia įprasta veikla, kaip ūkininkavimas? Jau keletą metų NASA siekia, kad tai taptų realybe.

2016 metais NASA išplatino nuostabias pirmojo kosmose pražydusio augalo – zinijos – nuotraukas. Garsusis astronautas Scottas Kelly pasakė, kad šis „mažas žingsnis žmonijai yra didelis žingsnis NASA „VEGGIE“ projektui ir mūsų kelionei į Marsą“. Išties pakankamai įprastas projektas Žemėje yra tikras iššūkis dirbtinėje erdvėje, kurioje praktiškai nėra apčiuopiamos Žemės traukos, o visi priežiūros procesai turi būti automatizuoti. Astronautai Tarptautinėje kosminėje stotyje (TKS) yra nuolatos užsiėmę, todėl laiko tokiam nedideliam projektui, kaip gėlių auginimas, gali skirti minimaliai – viskas turi būti automatizuota ir sustyguota iki smulkmenų; visgi būtent žmogaus (S. Kelly) įsikišimas leido augalams sėkmingai subrandinti žiedus ir jų nuostabia spalva praskraidrinti šaltą kosmoso kasdienybę.

Nuostabus Zinijos žiedas kosmose (šaltinis: http://nasa.gov/)

NASA tiek dėmesio augalų auginimui kosmose skiria ne veltui. Sėkmingai išaugintos daržovės pagerina astronautų mitybą, smarkiai sumažina maitinimosi savikainą (0,5kg maisto davinys, skirtas TKS, kainuoja apie 10000 $), bet svarbiausia – ilgų skrydžių metu padeda psichologiškai.

Apčiuopiami žalios masės kiekiai gali atlikti ir kitą svarbią užduotį: vartoti astronautų išskiriamą CO_2 (anglies dioksidą) ir išskirti O_2 (deguonį). 2013 metais ORBITEC ir NASA pradėjo projektą kodiniu pavadinimu „VEGGIE“ (VEG 01), arba tiesiog „daržovių auginimo sistema“. Jo pagrindinė užduotis – sukurti visiškai automatizuotą atsinaujinančią auginimo sistemą, kuri galėtų reguliariai aprūpinti šviežiomis salotomis / daržovėmis ilgų kosminių skrydžių metu. Ilgalaikis tikslas – turėti „kosminius daržus“ Mėnulyje ar Marse. Projektas ambicingas, tačiau realus ir jau duodantis pirmuosius „kramtomus“ rezultatus.

„VEG 01“ sistema – tai kintamo dydžio ir aukščio indas, kuriame visiškai automatizuotai auginami aukštesnieji augalai: salotos, daržovės ir pan. Žemėje tokios sistemos įprastos – tai hidroponika, t. y. augalų auginimas terpėje, praturtintoje mineralinėmis medžiagomis, nenaudojant dirvožemio. Šią idėją dar 1940 metais pasiūlė amerikiečių profesorius Williamas Gerickas.

Mintis genialiai paprasta – augalą auginant aeruojamoje terpėje ir tiekiant tik reikalingus maistinius elementus, bei garantuojant tinkamą apšvietimą, jis augina mažesnį šaknyną, o resursus į lapus ar vaisius atiduoda gerokai greičiau. Deja, kaip ir dauguma laiką pralenkusių idėjų, ji buvo pamiršta, kol 7 dešimtmetyje ją iš naujo atrado kanapių augintojai. Sistemas kompiuterizavę ir pasitelkę naujausias technologijas, jie sugrąžino šio metodo populiarumą ir tarp paprastų ūkininkų. Dauguma mūsų valgomų daržovių yra užauginta būtent tokiu būdu, negana to, ji tampa vis populiaresnė ir tarp „civilių“ – tokiam auginimui nereikia daug vietos, standartinio dydžio buto balkone galima sėkmingai auginti gausiai derančius pomidorus, agurkus, paprikas, salotas ir pan. O pasitelkus dirbtinį apšvietimą, net spintose galima turėti visus metus augantį ir derantį daržą. Nenuostabu, kad buvo nuspręsta viską perkelti į kosmosą.

„VEGGIE“ sistema išbandoma Žemėje (šaltinis: kenkremer.com/)

Teoriškai „VEGGIE“ sistema labai paprasta: specialiose anglies pluošto „pagalvėse“ su bio-terpe yra patalpintos augalų sėklos, kurios laistomos, apšviečiamos ir maitinamos automatizuota sistema. Augalams augant, automatiškai reguliuojamas apšvietimo aukštis, o, esant reikalui, visą sistemą galima plėsti atskirais moduliais. Didžiausia problema – niekas tiksliai nežinojo, kaip augalus veiks Žemės traukos nebuvimas (techniškai trauka, aišku, yra, tačiau ją kompensuoja kosminės stoties judėjimas), kaip reikės koreguoti laistymo, apšvietimo režimus. Tiesa, sakydamas „niekas“, esu neteisus. 1973 metais iš Baikonuro kosmodromo pakilo SSRS raketa „Soyuz 12“, kurioje kilo itin svarbus lietuvio Alfonso Merkio eskperimentas su paprastaisiais žirniais.

Tai buvo pirmasis pasaulyje augalų dygimo ir šaknų vystymosi kosmose tyrimas. Aukštesnieji augalai, dėl jų potencialo būti maistu ir galimybės reguliuoti erdvėlaivio atmosferą, buvo tyrinėjami praktiškai kiekvienos sekančios raketos pakilimo metu. Nuostabu tai, kad nors TSRS kosminiai tyrimai buvo laikomi itin prestižiniais, konkursą juos atlikti laimėjo lietuvis A. Merkys.

Jo programa siekė ištirti mikrogravitacijos (MG) poveikį sėklų dygimui ir daigų erdvinei koordinacijai; taip pat atsakyti į klausimą, ar augalai gali MG sąlygomis pereiti pilną vystymosi ciklą. Pradžioje buvo tyrinėti žirniai ir salotos, vėliau pipirnės, miežiai ir baltažiedis vairenis. Jau po pirmųjų skrydžių nustatyta, kad daigai prisitaikė prie MG ir augo įvairiomis kryptimis, priklausomai nuo sėklos padėties laikiklyje, t. y. augalų šaknys auga ir vystosi įprastai, tiesiog vietoje mums įprastos šaknų augimo krypties – žemyn, jos auga ir šakojasi į visas įmanomas puses.

Buvo atsakytas ir kitas svarbus klausimas: atlikus analizę ir palyginus kosmose ir Žemėje augusių daigų citologines savybes paaiškėjo, kad jokių apčiuopiamų skirtumų nėra, t. y. kosmose išaugintus augalus galima naudoti mitybai ir vartojimui. Nors minimalių pakitimų būta – prieita prie išvados, kad pavojinga kosminė spinduliuotė veikia ir augalus. 1977 metais net 90 parų trukusiame eksperimente nustatyta, kad sėklos, į kurias pataikė didelės energijos sunkieji jonai, blogiau dygo arba išvis tapo nedaigios.

Po ilgų tyrimų kosminėse stotyse, naudojantis lietuvių sukurtomis „Biogravistat-1M“ kosminėmis mikrocentrifugomis nustatytas kitas itin svarbus momentas – norint užtikrinti sėkmingą augalų šaknų orientaciją kosmose, užtenka itin nedidelės – 0,01g išcentrinės jėgos (raide g žymima tipinė trauka Žemės paviršiuje). Todėl galima teigti, kad, prireikus daiginti sėklas Mėnulyje, ten esanti sunkio jėga (0,166g) yra pakankama, kad augalai užaugtų sėkmingai.

Pats svarbiausias klausimas, į kurį reikėjo atsakyti, – ar gali augalai kosminio skrydžio metu praeiti visą savo gyvavimo ciklą – t. y. nuo sėklos iki sėklos. Lietuvių mokslininkų komanda sukonstravo specialią oranžeriją „Fiton“ kurioje buvo užtikrinta vėdinimo sistema, nepažeidžianti sterilumo sąlygų; taip pat ir ypatingas įrenginys, pasėjantis sėklas nesvarumo sąlygomis. 1982 metais kosminėje stotyje „Saliut-7“ oranžerija buvo išbandyta praktiškai. Įdomu tai, kad kosmonautai apie tyrimo rezultatų svarbą net nenutuokė. Įprastinio radijo pranešimo metu informavę, kad „Fiton“ įrenginyje augalas subrandino sėklas, jie nesuprato, kodėl tai išgirdę mokslininkai nepaprastai jaudinosi. Įvyko istorinis momentas – žmonijai pirmą kartą pavyko kosmoso erdvėje užbaigti pilną augalo gyvavimo ciklą!

Nors augalai vystėsi lėčiau ir subrandino mažiau sėklų nei jų analogai Žemėje, lietuvių eksperimentas pavyko – morfologiniais rodikliais kosmose auginti augalai nesiskyrė nuo savo giminaičių, užaugintų Žemėje. TKS lietuvių mokslininkų darbai tęsėsi iki pat 1997 metų ir dauguma įrangos, skirtos augalų auginimo ir vystymo kosminių skrydžių sąlygomis, turi išradimo statusą.

Lietuvių sukurta mikrooranžerija „Fiton-3” (šaltinis: http://www.astronautika.lt/)

Net ir nustačius, kad kosmose galima sėkmingai auginti aukštesniuosius augalus, automatizuotomis sistemomis aklai pasitikėti negalima. Astronautai dažniausiai nėra įgudę sodininkai, jiems duodama tik sausa techninė informacija apie augalų priežiūrą, todėl, pasikeitus realioms sąlygoms ir atsiradus neatitikimams nuo numatytos eigos, dažnu atveju visas kosminis „daržas“ būdavo pasmerktas. Situaciją pakeitė S. Kelly, kuris paprašė leidimo prižiūrėti ūkį savo nuožiūra, nes, jo teigimu „pakankamai akivaizdu, kai augalus reikia palaistyti – nesvarbu, kur tai būtų – ar darže namie, ar TKS“.  Gavęs leidimą elgtis savo nuožiūra, S. Kelly rankiniu būdu paliejo zinijas, šios sureagavo puikiai ir subrandino pilnaverčius žiedinius pumpurus.

2015 metais TKS astronautai nuėmė pirmąjį romaninių salotų derlių, kurių skonis buvo „stebėtinai puikus.“ Panašu, kad „VEGGIE“ sistema veikia sėkmingai, todėl ateityje NASA planuoja auginti sudėtingesnius augalus – sojos pupeles, pomidorus ir gal net ryžius. Dr. Gioia Massa, vadovaujanti tyrimui, teigia: „Žmonijai keliaujant toliau ir ilgiau, augalų užaugintų vietos sąlygomis nauda yra neįkainojama. Tai yra vienas esminių komponentų sėkmingo kosmoso užkariavimo kelyje. Tikimės, kad „VEGGIE“ sistema leis astronautams reguliariai maitintis šviežiomis daržovėmis net esant toli nuo gimtosios Žemės. Svarbu ir tai, kad „žalieji kampeliai“ sintetinėje aplinkoje primena namus ir leidžia pailsėti psichologiškai.“

Kosmonautai orbitinėje stotyje „Saliut-6“ ir lietuvių kurta mikrooranžerija „Fiton“ (šaltinis: http://www.astronautika.lt/

Daugumai kils klausimas – tai visgi, realu užauginti bulves ir išsivirti cepelinus Marse? Panašu, kad taip. Grupė mokslininkų iš Tarptautinio Bulvių Centro (CIP) sėkmingai išdaigino ir užaugino bulves dirbtinėje dirvoje, kuri buvo sukurta, atkartojant Marse esančios sudėtį. Kaip pagrindas buvo paimta žemė iš dykumos, esančios pietinėje Peru dalyje, ir apdorota taip, kad atitiktų Marse esančio grunto sudėtį; taip pat panaudota atitinkama temperatūra, atmosfera ir MG. Šiuo momentu esamos bulvių veislės yra modifikuojamos, siekiant pritaikyti jas augti gerokai žemesnėje temperatūroje, o NASA planuoja į Raudonąją planetą nuskraidinti uždaras sistemas, kuriose šis augimas būtų išbandytas praktiškai. Mums belieka pasidžiaugti, kad pagrindus šiam ambicingam projektui padėjo lietuvis A. Merkys ir jo komanda.

-----

Norintiems sužinoti daugiau apie unikalų A. Merkio ir komandos darbą, siūlau paskaityti šį straipsnį:

Kosminės augalų biologijos tyrimai Lietuvoje

Techo naujienos į Jūsų el. pašo dėžutę: