انسان‌ها همیشه رویای سفر و سکونت در فضا را در سر می‌پرورانده‌اند و در این زمینه به پیشرفت‌های زیادی دست یافته‌اند اما با وجود این پیشرفت‌ها نیاز به دستیابی آسان و مقرون به صرفه به مواد غذایی در فضا هنوز حس می‌شود.

به گزارش ایسنا، بشر همیشه با شگفتی به آسمان شب می‌نگریسته و از آنچه در تاریکی وسیع آن می‌دیده متعجب بوده است. در سال ۱۶۰۹، گالیله اولین فردی بود که مشاهدات آسمان را با کمک تلسکوپ خود آغاز و شناخت اسرار این گستره‌ی ناشناخته را به واقعیت نزدیک‌تر کرد.

اولین فضانورد که یک فضانورد روس بود در سال ۱۹۶۱ پا به فضا گذاشت و اکنون غیر فضانوردان نیز برای سرگرمی به لبه جو زمین پرتاب می‌شوند. طولانی‌ترین زمانی که یک فضانورد به صورت پیوسته در فضا مانده ۴۳۷ روز است. جامعه فضایی چشم‌انداز بزرگی برای انسان‌ها دارد و می‌خواهد روزی به طور دائم در فضا و سیارات دیگری مانند مریخ ساکن شود. برای به دست آوردن این هدف جهانی، دانشمندان در تلاشند تا دریابند که چگونه می‌توان زندگی در فضا را بدون نیاز به ارسال گران‌قیمت و وقت‌گیر محموله‌های گوناگون ممکن کرد. دانشمندان در تلاشند تا دریابند که چگونه می‌توان زندگی در فضا را بدون نیاز به ارسال گران‌قیمت و وقت‌گیر محموله‌های گوناگون ممکن کرد.

گیاهان یک راه حل امیدوارکننده برای تهیه غذا در فاصله‌ی هزاران مایل دورتر از زمین ارائه می‌کنند و آن کشت محصولات زراعی در ایستگاه‌های فضایی است که نه تنها یک مکمل رژیم غذایی سالم هستند، بلکه به حذف گاز کربن دی‌ اکسید سمی از هوای داخل فضاپیما کمک می‌کنند و اکسیژنی که برای انسان حیاتی است تولید می‌کنند. با این تفاسیر نگاهی داشته باشیم به برخی از چالش‌های رشد گیاهان در فضا و کاربرد راه حل‌های به دست آمده در فضا در روی زمین و در نهایت نگاهی می‌اندازیم به گیاهان و محصولاتی که تاکنون در فضا رشد داده شده‌اند. اما پیش از آن باید به این سوال پاسخ داد که:

چه چالش‌هایی بر سر رشد گیاهان در فضا قرار دارد؟

 

کشت گیاهان در فضا یک چالش بسیار بزرگ است. جامعه فضایی اکنون چندین دهه است که سعی در انجام این کار دارد. برای درک برخی از چالش‌های رشد گیاهان در فضا، ابتدا برخی از عناصری را که بر رشد و بقای گیاه تاثیر می‌گذارند، بررسی می‌کنیم.

جاذبه زمین

روی زمین، گیاهان برای رشد خود جاذبه و نور دریافت می‌کنند. گرانش ریشه‌ها را در زمین به سمت پایین می‌کشد و به جهت دهی ساقه کمک می‌کند، در حالی که نور ساقه‌ها را به سمت بالا می‌کشد. بدون گرانش یا نور کافی در فضا، گیاهان درک خوبی از مکان رشد خود ندارند. در گرانش کم، اگر دانه‌ها به سطح کشت خود چسبیده نباشند، ممکن است در هوا شناور شوند. بدون گرانش یا نور کافی در فضا، گیاهان درک خوبی از مکان رشد خود ندارند.

مدیریت توزیع آب در فضا نیز دشوار است. آب حباب می‌شود و ممکن است ریشه‌های گیاه را غرق کند. یا اگر آب به طور کامل از ریشه‌ها دور شود، گیاه نمی‌تواند فتوسنتز را کامل کند و در نهایت باعث پژمرده شدن و مرگ آنها می‌شود.

نور

فضا می‌تواند مکانی بسیار تاریک باشد. گیاهان برای رشد به نور نیاز دارند و بیشتر گیاهان روی زمین به مقدار زیادی نور طبیعی خورشید دسترسی دارند. آنها به سمت آن نور رشد می‌کنند و از نور خورشید، آب و اکسیژن برای تولید انرژی استفاده می‌کنند.

تامین نور در فضا نیاز به صرف انرژی زیادی دارد که در ایستگاه فضایی با کمبود آن مواجهیم. انواع خاص لامپ‌ها نیز گرمای زیادی تولید می‌کنند که باید از فضاپیما حذف شود. به این دلایل، انتخاب نحوه اعمال نور در اتاقک‌های رشد در فضا یک نکته حائز اهمیت است. چراغ‌های ویژه‌ای برای تامین نور گیاهان بدون استفاده از برق زیاد در حال توسعه هستند.

محدودیت فضای موجود

بخش‌های محدود فضاپیماها بسیار متفاوت از مزارع کشاورزی بزرگی است که ما اینجا روی زمین داریم. ظروف رشد گیاهان در فضا باید جمع و جور و در عین حال کاربردی باشند.

اتوماسیون و توانایی تنظیم آبیاری، رطوبت، روشنایی، گردش هوا و تحویل مواد مغذی از ویژگی‌های ایده آل یک سیستم رشد هستند.

محققان در حال کار بر روی ظروف چند طبقه هستند که فضای کمتری اشغال می‌کنند اما می‌توانند انواع سبزیجات و گیاهان مختلف را به طور همزمان پرورش دهند.

دانشمندان چگونه گیاهان را در فضا پرورش می‌دهند؟

امکان پرورش گیاهان در فضا تا زمانی که تمام نیازهای آنها برآورده شود، وجود دارد. دانشمندان ظروف ویژه‌ای ساخته‌اند که تعدادی از چالش‌های مطرح شده در بالا را برطرف می‌کنند. اولین جعبه قابل حمل گیاهی به نام «Veggie» در سال ۲۰۱۴ به ایستگاه فضایی بین‌المللی ارسال شد. امکان پرورش گیاهان در فضا تا زمانی که تمام نیازهای آنها برآورده شود، وجود دارد.

این باغ سبزیجات تقریبا به اندازه یک چمدان دستی است و معمولا شش گیاه را در خود جای می‌دهد. هر گیاه در یک کیسه بالش مانند که متشکل از محیط رشد و کود است، رشد می‌کند. بالش‌ها برای کمک به توزیع آب، مواد مغذی و هوا در اطراف ریشه‌ها اهمیت دارند.

فضانوردان ابتدا با پرورش کاهو در سیستم Veggie کار خود را آغاز کردند. آنها چند بار شکست خوردند اما در نهایت اولین لقمه از کاهوی فضایی را در سال ۲۰۱۵ در دهان گذاشتند. Veggie اکنون موفق شده است سه نوع کاهو، کلم چینی، کلم قرمز روسی، خردل میزونا و گل‌های آهار را در فضا پرورش دهد.

علاوه بر دو جعبه رشد Veggie، ایستگاه فضایی بین‌المللی نوع دیگری از سیستم رشد گیاه به نام زیستگاه گیاهی پیشرفته(Advanced Plant Habitat) را نیز دارد. Advanced Plant Habitat شبیه به Veggie است، اما چندین دوربین‌ و بیش از ۱۸۰ حسگر که در تماس تعاملی دائمی با یک گروه از محققان روی زمین هستند، به این سیستم اضافه شده است و بنابراین دیگر نیازی به مراقبت روزانه توسط خدمه این ایستگاه وجود ندارد.

چراغ‌های LED زیستگاه گیاهی پیشرفته دارای تنوع رنگی بیشتری نسبت به Veggie است. این سیستم به چراغ‌های قرمز، سبز و آبی و همچنین سفید و حتی مادون قرمز برای تصویربرداری در شب از گیاهان مجهز است. اواخر سال ۲۰۲۱، فضانوردان با موفقیت از زیستگاه گیاهی پیشرفته برای پرورش فلفل چیلی استفاده کردند. آنها فلفل‌ها را برداشت کردند و چند فلفل را خوردند و باقی را برای تجزیه و تحلیل و ارسال به زمین بسته‌بندی کردند.

آیا گیاهان فضایی می‌توانند نکاتی در مورد زراعت روی زمین به ما بیاموزند؟

یادگیری نحوه رشد گیاهان در فضا به دانشمندان نحوه کشت گیاهان در محیط‌های چالش برانگیز روی زمین را می‌آموزند. ایستگاه فضایی بین‌المللی به عنوان یک مکان مهم برای دستیابی به پیشرفت‌های تحقیقاتی و پیشرفت‌های فناوری روی زمین عمل می‌کند.

محققان موسسه زیست‌فناوری «هادسون آلفا» (HudsonAlpha) بخشی از پروژه‌ای هستند که اخیرا سلول‌های پنبه‌ را به ایستگاه فضایی بین‌المللی فرستاده است.

این پروژه به عنوان برنده‌ی چالش پایداری پنبه که توسط مرکز پیشرفت علم در فضا برگزار می‌شود و توسط شرکت تارگت(Target) حمایت می‌شود، انتخاب شد.

این پروژه ژنوم پنبه و نحوه واکنش متفاوت آن در ریزگرانش و گرانش طبیعی را بررسی می‌کند. دانشمندان مرکز توالی‌یابی ژنوم هادسون آلفا و آزمایشگاه دکتر کریس ساسکی(Chris Saski) در دانشگاه کلمسون(Clemson)، نمونه‌های رشد یافته در زمین و نمونه‌هایی را که از فضا بازمی‌گردند، توالی‌یابی می‌کنند و به دنبال تفاوت‌هایی در سطح ژنتیکی می‌گردند.

امکان بهبود پایداری پنبه به عنوان گونه‌ای با تنوع بسیار کم از طریق روش‌های پرورش سنتی محدود است. از طریق این پروژه، محققان امیدوارند که سرعت تغییر پنبه توسط دانشمندان را افزایش دهند. این کار امکان آزمایش سریع ژن‌های مرتبط با صفات مفید و ایجاد تغییرات هدفمند مثبت در خطوط مهم پنبه را برای تولیدکنندگان ایالات متحده و بسیاری از صنایعی که به تولید پنبه با کیفیت بالا وابسته هستند، فراهم می‌کند.

تاکنون چه گیاهانی در فضا رشد کرده‌اند؟

رشادی گوش‌موشی

یکی از گیاهانی که در فضا تاکنون کشت شده است یک گیاه گل‌دار کوچک متعلق به اروپا، آسیا و شمال غربی آفریقا به نام رشادی گوش‌موشی(Arabidopsis thaliana) است. این گیاه نخستین گیاهی است که نقشه ژنی آن توالی‌یابی شد و اهمیت زیادی در پژوهش‌های گیاه‌شناسی، زیست‌شناسی مولکولی و ژنتیک دارد. رشادی گوش‌موشی نه تنها در ایستگاه فضایی بین‌المللی رشد یافته است بلکه دانشمندان موفق به کاشت آن در خاک ماه نیز شده‌اند. محققان دانشگاه فلوریدا این گیاه را در خاک جمع آوری شده توسط ناسا در طول ماموریت‌های آپولو ۱۱، ۱۲ و ۱۷ پرورش دادند. به آن گیاه آب و مواد مغذی افزودند و آنها را در معرض نور قرار دادند تا نتیجه را مشاهده کنند.

کلم‌برگ چینی

گیاه دیگری که در فضا کشت شده است کلم‌برگ چینی است. این گیاه به مدت ۶۴ روز در فضا رشد کرد. مایکل هاپکینز فضانورد ناسا پس از چیدن این گیاه، آن را همراه با سس سویا و سیر صرف کرد.

فلفل چیلی

شاید معروف‌ترین گیاهی که تاکنون در فضا رشد کرده فلفل چیلی باشد. این فلفل‌های قرمز که در سال ۲۰۲۱ طی دوره‌ای ۱۳۷ روزه در ایستگاه فضایی بین‌المللی رشد کرده بودند، سوار بر کپسول دراگون Endeavour شرکت فضایی اسپیس‌ایکس همراه با پایان یافتن ماموریت اکسیوم ۱ در ماه آوریل سال ۲۰۲۲ به زمین بازگردانده شدند.  این فلفل‌های چیلی به عنوان بخشی از مطالعه‌ای موسوم به «Plant Habitat-۰۴» پرورش یافتند تا به محققان در یادگیری نحوه‌ی پرورش این محصول پیچیده در فضا کمک کنند. تاکنون، نتایج نشان داده که فلفل‌ها با حدود دو هفته تاخیر در ایستگاه فضایی بین‌المللی رشد یافته‌اند و انحنای ساقه‌هایی که به گل‌ها و میوه‌ها متصل می‌شوند اصلا شبیه به آنچه در زمین دیده می‌شود، نبوده است بلکه این ساقه‌ها کاملا صاف بوده‌اند. آزمایش پرورش فلفل یکی از پیچیده‌ترین آزمایشات رشد محصولات کشاوزی در فضا تا به امروز است چرا که دوره رشد این محصول طولانی بوده و پیش از رشد نیاز به گرده افشانی داشته است. چندی پیش فضانوردان با انجام این آزمایش ناسا که شامل رشد و برداشت فلفل چیلی در فضا بود، دو رکورد جهانی را ثبت کردند. نخستین رکورد برای رشد محصولی در فضا که توسط آن تعداد زیادی از فضانوردان در فضا تغذیه شدند و دیگری، رکورد انجام طولانی‌ترین آزمایشی که تاکنون در ایستگاه فضایی بین‌المللی انجام شده است.   

گندم

گندم یکی از اولین گیاهانی بود که در چنین شرایطی قرار گرفت. بذر این گیاه تنها ۲۳ روز بعد از کاشت جوانه زد و تنها ۴۰ سانتی‌متر طول داشت.

برنج

برنج نیز جزو دیگر محصولات زراعی است که در فضا و در ایستگاه فضایی چین رشد کرده است. این اولین باری نیست که برنج با موفقیت در فضا کشت می‌شود. گروهی از دانش‌آموزان از اندونزی در سال ۲۰۱۶ نیز اثرات رشد برنج را در ریزگرانش در ایستگاه فضایی بین‌المللی آزمایش کردند.

پیاز و سیر

پیاز و سیر نیز این قائده مستثنی نبوده‌اند و تاکنون هر دوی این گیاهان در فضا کشت داده شده‌اند. فضانورد اولگ آرتمیف پیاز را برای اقامت خود به ایستگاه فضایی برد.

تربچه، خیار و ریحان

اگر به دنبال تهیه یک سالاد خوب در ایستگاه فضایی هستید علاوه بر کلم می‌توانید از تربچه نیز استفاده کنید. این گیاه ارغوانی نیز جزو مواردی بوده که در فضا کشت داده شده است. کاهو نیز برای تهیه سالاد آماده است و در صورت دلخواه می‌توانید به این ترکیب خیار هم بیافزایید و حتما کمی جعفری بر بهتر شدن طعم این سالاد فضایی تاثیر دارد و قطعا عطر خوش ریحان دارچینی این سالاد را تکمیل می‌کند. تمام مواردی که ذکر شد در فضا مورد کشت قرار گرفته‌اند.

سیب زمینی

در سال ۱۹۹۵ بذر سیب‌زمینی سوار بر شاتل فضایی کلمبیا در آزمایشگاه ریزگرانش قرار گرفت. دانشمندان سپس بررسی کردند که آیا می‌توان این غذای پایدار را در فضا تولید کرد یا خیر.

ترکیب روش‌های آسیایی و فناوری ناسا به تولید اتاقک‌های رشد در ایستگاه فضایی بین‌المللی انجامید. بذر سیب‌زمینی در داخل اتاقک‌های تحت کنترل رایانه در ایستگاه فضایی قرار داده شد.

سیب‌زمینی اولین گیاهی است که در فضا کاشته شد.

این مرکز دارای فناوری نورپردازی منحصر به فرد، دما و رطوبت و اتوماسیون است. در حال حاضر، فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی با استفاده از اتاقک‌های رشد گیاهان از تولید سیب‌زمینی و سبزیجات سبز مانند کاهو قرمز رومی لذت می‌برند.

گل‌های تزئینی

اما گیاهان خوراکی تنها مواردی نیستند که در ایستگاه فضایی بین‌المللی و فضا رشد یافته‌اند. این فضای خارج از زمین میزبان گل‌های زیبایی همچون گل لاله و آفتاب‌گردان نیز بوده است.

نیاز انسان به تهیه غذا در فضایی خارج از زمین در عصر پیشرفت موشک‌ها به شدت احساس می‌شود. بشر در تلاش است تا بار دیگر بر روی تنها قمر زمین قدم بگذارد و این بار سکونت‌گاه‌هایی در آن بسازد. سفر به مریخ نیز دیگر رویا نیست و تاکنون مریخ‌نورد و کاوشگرهای زیادی موفق به دستیابی به سیاره سرخ شده‌اند. سفرهای فضایی تجاری رو به افزایش‌ هستند و حضور انسان در سیارات دیگری غیر از زمین قریب‌الوقوع است. با وجود تمام برنامه‌های پیش رو در اختیار داشتن یک منبع غذایی مناسب، مقرون به صرفه با دسترسی آسان احساس می‌شود و همانطور که شاهد بودیم تاکنون پیشرفت‌های قابل توجهی در این مورد به دست آمده است.