Mielőtt az emberiség komolyan számolni kezdett volna a Holdon vagy a Marson történő növénytermesztéssel, a NASA kutatóit egy jóval alapvetőbb kérdés foglalkoztatta: mi történik egy maggal akkor, ha olyan környezetben csírázik ki, ahol a gravitáció nem mutatja meg számára, merre van lefelé és felfelé?
A válasz már az 1990-es években körvonalazódott. A kutatók száraz kukoricamagokat juttattak egy űrsikló fedélzetére, majd hagyták őket pályán kicsírázni. Az eredményeket olyan növényekkel hasonlították össze, amelyeket ugyanolyan körülmények között, de a Földön neveltek.
A kukoricapalánták túlélték az űrutazást. Szöveteik nagyrészt normálisnak tűntek, fejlődésük számos szempontból megfelelt annak, amit a kutatók vártak – írja a Times of India.
Egy lényeges különbség mégis feltűnt: mikrogravitációban a gyökerek és a hajtások elveszítették megszokott tájolásukat. Nem alakult ki olyan egyértelmű növekedési irány, mint a Földön, ezért a növények rendezetlenebb formát vettek fel.
Öt napig növekedtek a kukoricamagok az űrben
Az egyik meghatározó kísérletet a NASA támogatásával végezték el, eredményeit pedig 1992-ben publikálták.
A kutatók száraz kukoricamagokat nedvesítettek meg, majd űrsiklóval Föld körüli pályára juttatták őket. A magok ott csíráztak ki, és öt napon keresztül sötét környezetben növekedtek.
Ezzel egy időben a Földön is elindítottak egy kontrollkísérletet ugyanilyen magokkal, normál gravitáció mellett.
Amikor a kutatók összehasonlították a két csoportot, azt találták, hogy az űrben fejlődött növények tömege, hormonszintje és szöveteinek szerkezete nagyrészt normális maradt.
A különbség elsősorban a növekedés irányában jelentkezett. A gyökerek és a hajtások nem követték ugyanazt a rendezett mintázatot, amelyet a földi növényeknél lehetett megfigyelni.
Másként fogalmazva: a növények alapvetően egészségesnek tűntek, de elveszítették azt az egyértelmű tájékozódási pontot, amelyet a gravitáció biztosít számukra.
A gravitáció mutatja meg a növénynek, merre van lefelé
A Földön egy csírázó növény számára a gravitáció alapvető információt jelent.
A gyökér jellemzően lefelé, a hajtás pedig felfelé növekszik. Ehhez nincs szükség arra, hogy a növény „lássa” a környezetét: sejtjei képesek érzékelni a gravitáció irányát, és ezt az információt felhasználják a fejlődésük során.
Mikrogravitációban ez a biztos tájékozódási pont eltűnik.
A növény ilyenkor más környezeti jelzésekre támaszkodhat, például a fényre, a nedvességre vagy saját belső érzékelési mechanizmusaira.
A kukoricakísérletben a gravitációs jel hiánya jól láthatóan megváltoztatta a gyökerek és a hajtások növekedési irányát.
A kutatók ugyanakkor óvatosan kezelték az eredményeket. A növényeket mindössze öt napon keresztül figyelték meg, ezért ebből nem lehetett megállapítani, hogyan fejlődtek volna heteken vagy hónapokon át tartó mikrogravitációban.
Egy palánta öt nap elteltével egészségesnek tűnhet, ez még nem jelenti azt, hogy öt hónap múlva is problémamentesen fejlődne.
Más növények is elveszíthetik megszokott növekedési irányukat
A későbbi űrkísérletek alapján a jelenség nem kizárólag a kukoricára jellemző.
A tudósok többek között az Arabidopsis thaliana nevű, a mustárfélék családjába tartozó apró növényt is vizsgálták. Ez a faj gyakran szerepel biológiai és űrbiológiai kutatásokban.
Mikrogravitációban az Arabidopsis gyökerei is eltérhetnek megszokott növekedési irányuktól, és jellegzetesen meghajolhatnak. Ezt a jelenséget „root skewing”-nek nevezik.
A kutatók később már nemcsak azt figyelték, hogyan változik meg a növények alakja, hanem azt is, mi történik a génműködésükben.
A Nemzetközi Űrállomáson végzett vizsgálatok szerint a növények genetikai aktivitása a fény- és sötétségi körülmények függvényében is változhat. Egyes szövetek működésük módosításával próbálnak alkalmazkodni a mikrogravitációhoz.
A kísérletek alapján a növények tehát képesek fejlődni az űrben is, miközben növekedésük szerveződése jelentősen eltérhet a földi körülmények között megszokottól.
A Mars-utazások miatt kulcsfontosságú lehet az űrbeli növénytermesztés
A NASA számára ezek a kísérletek jóval többet jelentenek egyszerű tudományos érdekességnél.
Ha az emberek hosszú hónapokat vagy akár éveket töltenek majd az űrben, például egy jövőbeli Mars-küldetés során, az élelmiszer-ellátás komoly kihívást jelenthet.
Az űrhajósok nem vihetnek magukkal korlátlan mennyiségű élelmet a Földről. A fedélzeten termesztett növények csökkenthetnék a szükséges készletek mennyiségét, miközben friss táplálékforrást biztosíthatnának a legénység számára.
Ehhez előbb pontosan meg kell érteni, hogyan reagálnak a növények a mikrogravitációra, és milyen körülmények között képesek hosszú távon is egészségesen fejlődni.
A NASA ezért külön adatbázisokat is létrehozott az űrben végzett biológiai kísérletek eredményeinek összegyűjtésére. Ezekben növényekről, állatokról és emberekről származó, űrrepülések során gyűjtött információkat tárolnak.
Az adatok alapján olyan termesztőrendszereket tervezhetnek, amelyek jobban alkalmazkodnak a mikrogravitációhoz, megfelelő fényforrásokkal segítik a növények tájékozódását, vagy olyan genetikai sajátosságokat azonosíthatnak, amelyek előnyösebbé tehetik a fejlődésüket az űrben.
