Anar al contingut

Astrobotánica

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià
Flor de cinia en la ISS (Estació Espacial Internacional).

L'astrobotánica és una branca de l'astrobiología i la botànica, és una subdisciplina aplicada que estudia les plantes en entorns espacials.

Ha segut objecte d'estudi que les plantes es puguen cultivar en l'espai exterior, típicament en un ambient ingrávido pero en pressió atmosfèrica en jardins espacials específics.[1] En el context dels vols espacials tripulats, es poden consumir com a aliment i/o proporcionar una atmòsfera refrescant.[2] Les plantes poden metabolizar el diòxit de carbono en l'aire per a produir oxigen valiós i poden ajudar a regular l'humitat de la cabina. El cultiu de plantes en l'espai també pot proporcionar un benefici sicològic a les tripulacions dels vols espacials. El primer obstàcul en el cultiu de plantes en l'espai és cóm fer que creixquen sense gravetat.[3] Açò pels efectes de la gravetat en el desenroll de la raïl, també se sumen uns atres com proporcionar tipos adequats d'allumenament, el suministrament de nutrients a la raïls, aixina com imitar els cicles biogeoquímics i les interaccions microbiològiques en substrats basats en el sol, pero aixina i tot s'ha demostrat que és possible l'agricultura espacial en microgravedad.[4][5]

Vegetació extraterrestre

Recreació artística de plantes exòtiques en una exoluna.[6]

La busca de vegetació en atres planetes va escomençar en l'astrònom Gavriil Tíjov, qui va intentar detectar vegetació extraterrestre per mig de l'anàlisis de les llongituts d'ona de la llum reflectida d'un planeta, o lluentor planetària. Els pigments fotosintéticos, com les clorofiles en la Terra, reflectixen espectres de llum que es disparen en el ranc de 700–750 nm. Este pic pronunciat es coneix com "vora roja de la vegetació".[7] Es va pensar que observar este pic en una llectura de lluentor planetària indicaria una superfície coberta de vegetació verda. La busca de vegetació extraterrestre ha segut superada per la busca de vida microbiana en atres planetes,[8] o models matemàtics per a predir la viabilitat de la vida en exoplanetes.[9]

Cultiu de plantes en l'espai

L'estudi de la resposta de la planta en entorns espacials és un atre tema d'investigació astrobotánica. En l'espai, les plantes breguen en factors d'estrés ambiental únics que no es troben en la Terra, com la microgravedad, la radiació ionisant i l'estrés oxidativo.[10] Els experiments han demostrat que estos factors estresantes causen alteracions genètiques en les vies de metabolisme de les plantes. Els canvis en l'expressió genètica han demostrat que les plantes responen a nivell molecular a un entorn espacial.[11] L'investigació astrobotánica s'ha aplicat als desafius de crear sistemes de soport vital tant en l'espai com en atres planetes, principalment Mart.

Història

El científic rus Konstantín Tsiolkovski va ser una de les primeres persones en discutir l'us de la vida fotosintética com a recurs en els sistemes agrícoles espacials. L'especulació sobre el cultiu de plantes en l'espai ha existit des de principis del XX.[12] El terme "astrobotánica" va ser utilisat per primera volta en 1945 per l'abans mencionat astrònom rus i pioner de l'astrobiología Gavriil Adrianovich Tikhov.[13] L'investigació en el camp s'ha portat a terme tant en plantes terrestres en creiximent en entorns espacials com en la busca de vida vegetal en atres planetes.

Llavors

Arbre llunar plantat el 9 de febrer de 2005 en el cementeri Nacional de Arlington

Els primers organismes en l'espai varen ser "ceps de llavors especialment desenrollades" llançades a 134 km el 9 de juliol de 1946 en un eixida V2 llançat pels Estats Units, encara que no es va conseguir recuperar estes mostres. Les primeres llavors recuperades en èxit varen ser de dacsa, llançades el 30 de juliol de 1946, que pronte varen ser seguides per atres de centeno i cotó. Estos primers experiments biològics suborbitales varen ser manejats per l'Universitat de Harvard i el Laboratori d'Investigació Naval i s'apuntaven a l'exposició de teixit viu a la radiació.[14] En 1971, 500 llavors d'arbres (principalment de pi taeda, banana de Virginia, liquidambar, secuoya de Califòrnia i avet de Douglas) orbitaron al voltant de la Lluna en l'Apolo 14. Estos arbres llunars varen ser plantats i cultivats junt a controls en la Terra, a on no es varen detectar canvis.

Plantes

Planta de soja en la ISS

En 1982, la tripulació de l'estació espacial soviètica Salyut 7 va realisar un experiment, preparat per científics lituans (Alfonsas Merkys i uns atres), i va cultivar una miqueta de berro de Thale utilisant un aparat experimental de micro hivernàcul Fiton-3, convertint-se aixina en les primeres plantes en florir i produir llavors en l'espai.[15][16] Un experiment de Skylab va estudiar els efectes de la gravetat i la llum en les plantes d'arròs.[17] El Hivernàcul Espacial SVET-2 va conseguir en èxit el creiximent de llavors, en 1997 a bordo de l'estació espacial Mir.[18] Bion 5 i Bion 7 varen transportar carlota i dacsa respectivament. L'investigació de plantes va continuar en l'Estació Espacial Internacional. El sistema de producció de biomassa va ser utilisat per laExpedició 4 en la ISS. El sistema de Sistema de Producció de Vegetals (Veggie) es va utilisar més vesprada a bordo de la mateixa.[19] Les plantes provades en Veggie abans d'anar a l'espai incloïen lletuga, bledes, ràvens, col chinenca i pésols.[20] La lletuga romana es va cultivar en l'espai en l'Expedició 40, que es va collir en madurar, es va congelar i es va enviar de regrés a la Terra. Els membres de l'Expedició 44 es varen convertir en els primers astronautes nortamericans en menjar plantes cultivades en l'espai el 10 d'agost de 2015, quan varen collir lletugues de full roig.[21] Des de 2003, els cosmonautas russos han estat menjant la mitat de la seua collita, mentres que l'atra mitat es dedica a noves investigacions.[22] En 2012, un girasol va florir a bordo de la ISS baix el conte de l'astronauta de la NASA Donald Pettit.[23] En giner de 2016, els astronautes nortamericans varen anunciar que una zinnia havia florit a bordo de la ISS.[24] En 2018, l'experiment Veggie-3 es va provar en esterillas. Un dels objectius és cultivar aliments per al consum de la tripulació. Els cultius

provats en este moment inclouen repollo, lletuga i mizuna.[25]

Plantes per a soport vital en l'espai

Mostres d'algues en la ISS

Les algues varen ser el primer candidat per als sistemes de soport de vida humà-planta. L'investigació inicial en les décades de 1950 i 1960 va usar espècies de Chlorella, Anacystis, Synechocystis, Scenedesmus, Synechococcus i Spirulina per a estudiar cóm els organismes fotosintéticos podrien usar-se per al cicle de O2 i CO2 en sistemes tancats.[26] Investigacions posteriors a través del programa BIOS de Rússia i el programa CELSS dels Estats Units varen investigar l'us de plantes superiors per a complir els rols de reguladors atmosfèrics, recicladores de residus i aliments per a missions sostingudes. Els cultius més comunament estudiats inclouen collites d'almidó com el blat, la papa i l'arròs; cultius rics en proteïnes com la soja, el maní i el frijol comú; i una gran cantitat d'atres cultius que milloren la nutrició, com la lletuga, la fraula i la col rullada.[27] Les proves de condicions òptimes de creiximent en sistemes tancats han requerit investigació tant en els paràmetros ambientals necessaris per a cultius particulars (com els diferents periodos de llum per als cultius de dia curt front als de dia llarc) i els cultius que són els més adequats per al creiximent del sistema de soport vital.

Experiments

Erro al crear miniatura:
Ilustració d'un hivernàcul en una base marcianana.
Satèlits Bion
Sistema de producció de biomassa, a bordo de la ISS
Sistema de Producció Vegetal (Veggie), a bordo de la ISS.
SVET i SVET-2 , a bordo de la Mir.[28][29]
ADVASCTAGES, a bordo de la ISS.[30]
Creiximent vegetal / Fototropismo vegetal, a bordo de Skylab[31]
Unitat de creiximent vegetal Oasis[32]

Senyalisació de plantes (STS-135)[33]
Experiment de creiximent de plantes (STS-95)[34]
NASA Clean Air Study
ECOSTRESS, 2018[35][36]

Resultats d'experiments

Varis experiments s'han centrat en cóm es compara el creiximent i la distribució de les plantes en condicions de microgravedad, espai i condicions de la Terra. Açò els permet als científics explorar si certs patrons de creiximent de les plantes són innats o estan impulsats pel mig ambient. Per eixemple, Allan H. Brown va provar els moviments de plántulas a bordo del transbordador espacial Columbia en 1983. Els moviments de plántulas de girasol es varen registrar mentres estaven en òrbita. Varen observar que les plántulas encara experimentaven creiximent rotacional i circulació a pesar de la falta de gravetat, lo que demostra que estos comportaments estan incorporats.[37]

Atres experiments han trobat que les plantes tenen la capacitat d'exhibir gravitropisme, inclús en condicions de baixa gravetat. Per eixemple, el Sistema de Cultiu Modular Europeu de la ESA[38] permet l'experimentació en el creiximent de les plantes; actuant com un hivernàcul en miniatura , els científics a bordo de l'Estació Espacial Internacional poden investigar cóm reaccionen les plantes en condicions de gravetat variable. L'experiment Gravi-1 (2008) va utilisar el EMCS per a estudiar el creiximent de les plántulas de llentilles i el moviment d'amiloplasto en les vies depenents del calcio.[39] Els resultats d'este experiment varen descobrir que les plantes podien detectar la direcció de la gravetat inclús a nivells molt baixos.[40] Un experiment posterior en el EMCS va colocar 768 plántulas de llentilles en una centrífuga per a estimular varis canvis gravitacionals; Este experiment, Gravi-2 (2014), va mostrar que les plantes canvien la senyalisació del calcio cap al creiximent de les raïls mentres creixen en varis nivells de gravetat.[41] Molts experiments tenen un enfocament més dirigit a observar els patrons generals de creiximent de les plantes en lloc d'un comportament de creiximent específic. Un d'estos experiments de l'Agència Espacial Canadenca, per eixemple, va descobrir que les plántulas d'avet blanc creixien de manera diferent en l'ambient espacial antigravedad en comparació a les plántulas en la Terra;[42] les plántulas espacials varen exhibir un major creiximent dels brots i agulles, i també varen tindre una distribució aleatòria de amiloplasto en comparació al grup de control en la Terra.[43] 

En la película Silent Running, està implícit que en el futur, tota la vida vegetal en la Terra s'ha extint. S'han conservat la major cantitat possible de espècimen en una série d'enormes cúpules geodèsiques similars a un hivernàcul, unides a una gran nau espacial cridada "Valley Forge", que forma part d'una flota de cargueros espacials de American Airlines, més allà de l'òrbita de Saturn.
En el llibre Proteus Unbound de Charles Sheffield, es menciona l'us d'algues en suspeses en un tipo de "planeta jagant buit" com biocombustible, creant un sistema tancat d'energia.[44]

La película Avatar presenta a una exobióloga, la Dra. Grace Augustine (Sigourney Weaver), qui va escriure el primer text astrobotánico sobre la flora de la lluna Pandora.[45]
En el llibre i la película The Martian es destaca el heròica supervivència del botànic Mark Watney (Matt Damon), qui utilisa la seua experiència en el horticultura per a cultivar papes per a alimentar-se mentres està atrapat en Mart.[46]

Galeria

  • Erro al crear miniatura:
    Cultiu de misuna.
  • Cultiu de berro de Thale.
    Cultiu de berro de Thale.
  • Cultiu de lletuga.
    Cultiu de lletuga.
  • L'astronauta Steve Swanson revisant el proyecte Veggie.
    L'astronauta Steve Swanson revisant el proyecte Veggie.
  • Vista interior del hipotètic Cilindre d'O'Neill, que mostra franges alternades de la terreny i finestres.
    Vista interior del hipotètic Cilindre d'O'Neill, que mostra franges alternades de la terreny i finestres.

Vore també

Aliment espacial
Biosatellite
Biosfera 2
Endolito, organisme que viu dins d'una roca
O/OREOS
Terraformación, procés d'ingenieria a escala planetària

Referències

  1. ↑ «NASA – Growing Plants and Vegetables in a Space Garden». Archivat des d'el original, el 28 de setembre de 2020. Consultat el 24 de juny de 2020.
  2. ↑ «NASA – Plants in Space». Archivat des d'el original, el 23 d'abril de 2019. Consultat el 24 de juny de 2020.
  3. ↑ «NASA – Getting to The Root of Plant Growth Aboard The Space Station». Archivat des d'el original, el 23 d'abril de 2019. Consultat el 24 de juny de 2020.
  4. ↑ “Martian base agriculture: The effect of low gravity on water flow, nutrient cycles, and microbial biomass dynamics” (2010). Advances in Space Research 46 (10): 1257–1265. doi:10.1016/j.asr.2010.07.012. Bibcode: 2010AdSpR..46.1257M.
  5. ↑ “Space agriculture in micro- and hypo-gravity: A comparative study of soil hydraulics and biogeochemistry in a cropping unit on Earth, Mars, the Moon and the space station” (2010). Planetary and Space Science 58 (14–15): 1996–2007. doi:10.1016/j.pss.2010.09.025. Bibcode: 2010P&SS...58.1996M.
  6. ↑ F. J. Ballesteros. “Title: Diving into Exoplanets: Llaure Water Sigues the Most Common?”. Astrobiology 19 (5): 642–654. doi:10.1089/ast.2017.1720. PMID 30789285.
  7. ↑ Seager, S.. “Vegetation's Ret Edge: A Possible Spectroscopic Biosignature of Extraterrestrial Plants”. Astrobiology 5 (3): 372–390. doi:10.1089/ast.2005.5.372. ISSN 1531-1074. PMID 15941381. Bibcode: 2005AsBio...5..372S.
  8. ↑ Limaye, Sanjay S.. “Venus' Spectral Signatures and the Potential for Life in the Clouds” (en). Astrobiology 18 (9): 1181–1198. doi:10.1089/ast.2017.1783. PMID 29600875. Bibcode: 2018AsBio..18.1181L.
  9. ↑ «Exoplanet Archive Planet Counts» (en en).
  10. ↑ http://astrobotany.com/plants-and-spaceflight/%7CChallenges of Growing Plants in Space
  11. ↑ “The impact of space environment on gene expression in Arabidopsis thaliana seedlings” (2017). Science China Technological Sciences 60 (6): 902–910. doi:10.1007/s11431-016-0232-7. Bibcode: 2017ScChE..60..902L.
  12. ↑ https://www.degruyter.com/downloadpdf/j/opag.2017.2.issue-1/opag-2017-0002/opag-2017-0002.pdf%7CAgriculture for Space: People and Plaus Paving the Way
  13. ↑ Briot, Danielle (2013). The Creator of Astrobotany, Gavriil Adrianovich Tikhov, p. 175. doi:10.1007/978-3-642-35983-5_8. ISBN 978-3-642-35982-8.The Creator of Astrobotany, Gavriil Adrianovich Tikhov
  14. ↑ Beischer, DE. “Animals and man in space. A chronology and annotated bibliography through the year 1960”. US Naval School of Aviation Medicine ONR TR ACR-64 (AD0272581). Recuperate le 14 de juny de 2011.
  15. ↑ «First species of plant to flower in space» (en en). Consultat el 20 de giner de 2016.
  16. ↑ «No NASA, These Llaure Not The First Plants To Flower in Space» (en en). Consultat el 20 de giner de 2016.
  17. ↑ NASA SP-401 – Chapter 5
  18. ↑ T.Ivanova, et al. – First Successful Space Seed-to-Seed Plant Growth Experiment in the SVET-2 Space Greenhouse in 1997
  19. ↑ «NASA – VEGGIE» (en en).
  20. ↑ «NASA – Station Investigation to Test Fresh Food Experience». Archivat des d'el original, el 23 de giner de 2016. Consultat el 24 de juny de 2020.
  21. ↑ Why Saleu in Space Matters, Jeffrey Kluger, Clave, 10 d'agost de 2015
  22. ↑ «USU EXPERIMENT FEEDS ASTRONAUTS' MINDS, TASTE BUDS». Deseret News, Space Dynamics Laboratory. Archivat des d'el original, el 14 de febrer de 2019. Consultat el 24 de juny de 2020.
  23. ↑ «June 17–26 – Diary of a Space Zucchini». Consultat el 20 de giner de 2016.
  24. ↑ Behold the first flower to bloom in space, a cheerful zinnia, c|net, 18 de giner de 2016
  25. ↑ «NASA Space Station On-Orbit Status 6 February 2018 – Celebrating 10 Years of ESA's Columbus Module – SpaceRef» (en en). Archivat des d'el original, el 1 d'octubre de 2021.
  26. ↑ Wheeler, Ray (1 de giner de 2011). “Plants for human life support in space: From Myers to Mars”. Gravitational and Space Biology 23.
  27. ↑ “Crop Production for Advanced Life Support Systems” . Technical Reports.
  28. ↑ «SVET Plant Growth System». Consultat el 20 de juliol de 2018.
  29. ↑ T. Ivanova, et al., First Successful Space Seed-to-Seed Plant Growth Experiment in the SVET-2 Space Greenhouse in 1997
  30. ↑ «Glow-in-the-Dark Plants on the ISS». Archivat des d'el original, el 8 de giner de 2020. Consultat el 24 de juny de 2020.
  31. ↑ «Plant Growth/Plant Phototropism – Skylab Student Experiment ED-61/62» (en en). Consultat el 24 de juny de 2020.
  32. ↑ Encyclopedia Astronautica Salyut 7
  33. ↑ «Plant Signaling (STS-135)». Archivat des d'el original, el 16 de febrer de 2013. Consultat el 24 de juny de 2020.
  34. ↑ Shimazu T, Aizawa S (1999). “STS-95 Space Experiments (plants and cell biology)”. Biol Sci Space 13 (1): 25–32. doi:10.2187/bss.13.25. PMID 11542477.
  35. ↑ NASA's New Space 'Botanist' Arrives at Launch Site. NASA. 17 d'abril de 2018.
  36. ↑ ECOSTRESS – Home web site at NASA.
  37. ↑ What a plant knows : a field guide to the senses, 1st edició (en en), New York: Scientific American/Farrar, Straus and Giroux. ISBN 978-0-374-28873-0.
  38. ↑ “The Utilization of Plant Facilities on the International Space Station—The Composition, Growth, and Development of Plant Cell Walls under Microgravity Conditions” . Plants 4 (1): 44–62. doi:10.3390/plants4010044. ISSN 2223-7747. PMID 27135317.
  39. ↑ “Gravisensitivity and automorphogenesis of lentil seedling roots grown on board the International Space Station” . Physiologia Plantarum 134 (1): 191–201. doi:10.1111/j.1399-3054.2008.01121.x. ISSN 1399-3054. PMID 18429941.
  40. ↑ “Gravisensitivity and automorphogenesis of lentil seedling roots grown on board the International Space Station” . Physiologia Plantarum 134 (1): 191–201. doi:10.1111/j.1399-3054.2008.01121.x. ISSN 1399-3054. PMID 18429941.
  41. ↑ «Scientific objectives» (en en).
  42. ↑ «NASA – Advanced Plant Experiment – Canadian Space Agency 2» (en en).
  43. ↑ “Variation in stem morphology and movement of amyloplasts in white spruce grown in the weightless environment of the International Space Station” . Life Sciences in Space Research 4: 67–78. doi:10.1016/j.lssr.2015.01.004. PMID 26177622. Bibcode: 2015LSSR....4...67R.
  44. ↑ Sheffield, Charles (1989). Proteus Unbound (en en), New York, NY: Random House Publishing Group. ISBN 9780345344342.
  45. ↑ Cameron, James, Director. Avatar. Produced by James Cameron and Jon Landau, 20th Century Fox, 2009. Accessed 18 de març de 2018.
  46. ↑ (2014) The Martian (en en), New York, NY: CrownPublishing. ISBN 978-0553418026.


Referències


Obtingut de «https://lenciclopedia.org/w/index.php?title=Astrobotánica&oldid=1450337»