Uzayda bitki yetiştirmek

NASA, aya ve Mars’a misyonlar planlarken, önemli bir faktör, mürettebat üyelerinin uzayda kalacakları haftalar, aylar ve hatta yıllar boyunca nasıl besleneceğini bulmaktır.

Uluslararası Uzay İstasyonundaki astronotlar öncelikle, düzenli olarak yeniden tedarik edilmesi gereken ve kalite ve besin değeri açısından bozulabilen önceden paketlenmiş yiyecekler tüketiyor. Araştırmacılar, mürettebatın bir görev sırasında yiyeceklerinin bir kısmını yetiştirmesi, çok fazla ekstra donanım veya güç olmadan bunun nasıl yapılacağını bulmak için çeşitli mahsulleri ve ekipmanları test etmesi fikrini araştırıyorlar.

Doğru bitkileri seçmek

Bu araştırmanın ilk adımı hangi bitkilerin test edileceğini belirlemektir. NASA, 2015 yılında Miami’deki Fairchild Botanik Bahçesi ile “Dünyanın Ötesinde Büyümek” adlı bir proje başlattı. Program, uzay istasyonundakine benzer bir ortamda farklı tohumlar yetiştirmek için ABD genelinde yüzlerce ortaokul ve lise fen sınıfını işe aldı. Sınıflarda iyi büyüyen tohumlar daha sonra NASA’nın Kennedy Uzay Merkezi’ndeki bir odada test ediliyor. Orada başarılı olanlar, mikro yerçekiminde nasıl büyüdüklerini test etmek için istasyona gönderiliyor.

Uzaydaki bahçeler

NASA ayrıca gelecekteki mikro yerçekimi bahçelerine ev sahipliği yapacak tesisleri de test etti. Bunlardan biri, altı bitkiyi barındırabilen basit, düşük güçlü bir oda olan Sebze Üretim Sistemi veya Veggie’dir. Tohumlar, Dünya’daki bir pencere bahçesinin bakımına benzer şekilde, mürettebat üyelerinin baktığı ve elle suladığı küçük kumaş “yastıklarda” yetiştiriliyor.

Başka bir sistem olan Pasif Orbital Besin Dağıtım Sistemi veya Veggie PONDS, Veggie platformuyla birlikte çalışır ancak tohum yastıklarının yerini bitkileri otomatik olarak besleyen ve sulayan bir tutucu alır. Gelişmiş Bitki Habitatı, büyüyen bitkileri mürettebatın minimum düzeyde dikkatini gerektirecek şekilde incelemek için tasarlanmış tam otomatik bir cihazdır.

Doğru ışık ve yiyecek

Veg-04A, Veg-04B ve Veg-05 olarak bilinen uzay istasyonunda yapılan bir dizi deney, yeşil yapraklı bir ürün olan Mizuna hardalını farklı ışık koşulları altında yetiştirdi ve bitki verimi, besin bileşimi ve mikrobiyal seviyeleri karşılaştırdı. Araştırmada ayrıca uzayda yetiştirilen bitkiler Dünya’da yetişen bitkilerle karşılaştırıldı ve ekip üyelerinden ürünün lezzetini, dokusunu ve diğer özelliklerini derecelendirmeleri istendi.

Plant Habitat-04, bitki-mikrop etkileşimlerini analiz etti ve şili biberlerin lezzetini ve dokusunu değerlendirdi. 29 Ekim 2021’de hasat edilen ilk mahsul ekip tarafından yenildi ve ikinci hasattan elde edilen 12 biber analiz için Dünya’ya iade edildi. Bu deney, uzay mahsulü üretimine ilişkin araştırmaların doğru yolda olduğunu ve araştırmacıların öğrendikleri dersleri diğer bitkileri test etmek için uygulamayı planladıklarını gösterdi.

Yer çekiminin etkisi

Erken bir deney olan PESTO, mikro yerçekiminin yaprak gelişimini, bitki hücrelerini ve fotosentezde kullanılan kloroplastları değiştirdiğini, ancak bitkilere genel olarak zarar vermediğini buldu. Aslında buğday bitkileri Dünya’dakilere kıyasla %10 daha uzundu.

Fide Büyümesi araştırmaları gösterdi Fidelerin, uzaydaki stres etkenleriyle ilgili bazı genlerin ekspresyonunu modüle ederek mikro yerçekimine alışabileceği, mikro yerçekiminin bitki fizyolojisini nasıl etkilediğine dair bilgilere katkıda bulunan bir keşif.

Bitkilerin yer çekimini algılamasının bir yolu hücrelerindeki kalsiyumun değişmesidir. Bir JAXA (Japonya Havacılık ve Uzay Araştırma Ajansı) araştırması olan Plant Gravity Sensing, mikro yerçekiminin kalsiyum seviyelerini nasıl etkilediğini ölçtü; bu, bilim adamlarının uzayda yiyecek yetiştirmek için daha iyi yollar tasarlamasına yardımcı olabilir.

ADVASC, Araştırma Gelişmiş Astrokültür odasını kullanarak iki nesil hardal bitkisi yetiştiren ekip, tohumların daha küçük olduğunu ancak mikro yerçekiminde çimlenme oranlarının normale yakın olduğunu gösterdi.

Su dağıtımı

Mikro yerçekiminde bitki yetiştirmenin önemli zorluklarından biri, onları çok fazla suda boğmadan sağlıklı kalmalarını sağlayacak yeterli suyu sağlamaktır. Bitki Su Yönetimi, bitki köklerine su ve hava sağlamak için hidrofonik (su bazlı) bir yöntem gösterdi. XROOTS çalışması, geleneksel toprak yerine bitki yetiştirmek için hem hidrofonik hem de aeroponik (hava bazlı) teknikler kullanılarak test edildi. Bu teknikler gelecekteki uzay araştırmaları için büyük ölçekli mahsul üretimine olanak sağlayabilir.

Sebzelerin nakli

Ekstra Cüce Pak Choi, Amara Hardalı ve Kırmızı Marul yetiştiren VEG-03 adlı bir dizi araştırma sırasında NASA astronotu Mike Hopkins, bazı bitkilerin sorun yaşadığını fark etti. Hopkins, gelişen bitki yastıklarındaki ekstra filizleri Veggie’deki zor durumdaki iki yastığa taşıyarak uzayda ilk bitki naklini gerçekleştirdi. Nakiller hayatta kaldı ve büyüdü, böylece gelecekteki bitki büyümesi için yeni olanaklar açıldı.

Bitki genetiği

Uzay uçuşuna maruz kalan bitkiler, DNA’larına fazladan bilginin eklenmesini içeren değişikliklere uğrar ve DNA’nın dizilimini değiştirmeden genlerin nasıl açılıp kapanacağını etkiler. Bu süreç epigenetik değişim olarak bilinir. Bitki Habitat-03, uzayda yetişen bir bitki neslindeki bu tür adaptasyonların bir sonraki nesle aktarılıp aktarılamayacağını değerlendiriyor.

Uzun vadeli hedef, epigenetiğin bitkilerin uzayda kullandığı adaptif stratejilere nasıl katkıda bulunduğunu anlamak ve sonuçta gelecekteki görevlerde yiyecek ve diğer hizmetleri sağlamaya daha uygun bitkiler geliştirmektir. Sonuçlar aynı zamanda mahsullerin ve diğer ekonomik açıdan önemli bitkilerin Dünya üzerindeki marjinal ve ıslah edilmiş habitatlarda büyümeye uyarlanmasına yönelik stratejilerin geliştirilmesini de destekleyebilir.

İnsan etkisi

Bahçelerin elbette bakıma ihtiyacı var. Veg-04A, Veg-04B ve Veg-05 araştırmaları aynı zamanda bakım bitkilerinin astronotların refahına nasıl katkıda bulunduğunu da inceledi. Pek çok astronot, bitkilere bakmayı eğlenceli ve rahatlatıcı bir aktivite olarak gördüklerini bildirdi; bu, gelecekteki uzun süreli görevlere önemli bir katkıdır.