Pre dlhodobé vesmírne misie budú nevyhnutné spoľahlivé zdroje potravy a kyslíka. Výskum rastlín v mikrogravitácii prináša kľúčové riešenia na prežitie mimo Zeme.
Čili papričky vypestované v automatizovanom zariadení Advanced Plant Habitat (APH) na palube Medzinárodnej vesmírnej stanice (ISS). Zdroj: NASA/Megan McArthur
Cesta na Mars bude trvať dlhé mesiace, počas ktorých budú marsonauti odkázaní na balené jedlo. To časom stráca dôležité živiny, a tak cestovatelia nevyhnutne potrebujú čerstvú stravu. Riešenie problému spočíva v kozmických skleníkoch. Rastliny ponúkajú viac než len kalórie: recyklujú vzduch a zlepšujú celkovú psychiku posádky.
Boj s gravitáciou a so svetlom
Ako však rastliny môžu rásť bez zemskej príťažlivosti? Botanici dlho skúmali správanie flóry v mikrogravitácii. Využili na to obľúbený modelový rastlinný druh, drobnú bylinu s názvom arábkovka Thalova. Jej korene na Zemi prirodzene sledujú gravitáciu. Stonky zase smerujú za svetlom. Mimo našej planéty síce chýba bežná tiaž, no rastlinné bunky dokážu zachytiť aj jej extrémne slabé stopy.
Výskumníci z Európskej vesmírnej agentúry (ESA) to zistili prostredníctvom experimentu GRAVI-1. Bunky na špičkách koreňov fungujú ako presné senzory. Úplná absencia gravitácie vo vesmíre však vyvoláva pri všetkých druhoch rastlín silný fyziologický stres, preto aktivujú špeciálne obranné gény. Organizmy vďaka tomu cielene menia hustotu svojich bunkových stien. Takto upravená vnútorná štruktúra im potom pomáha prispôsobiť sa a prežiť v neprirodzenom prostredí mikrogravitácie.
Odborníci neskôr spustili na orbite výskumný projekt Tropi. Botanici chceli otestovať reakcie rastlín na rôzne farby svetla. Pozemská gravitácia podobné testy zvyčajne skresľuje, takže beztiažový stav konečne odhalil skutočné správanie flóry. Priesady ukázali mimoriadne silnú citlivosť na červené svetlo. Poznatky pomáhajú poľnohospodárom na Zemi, ktorí vďaka tomu zefektívňujú rast plodín v tmavých a stiesnených podmienkach.
Vesmírne záhrady v praxi
Pre pestovanie v takýchto podmienkach sú potrebné špeciálne technológie. Voda a vzduch sa v stave beztiaže prirodzene nemiešajú, polievanie tam preto vôbec nefunguje. Inžinieri z úradu NASA vytvorili prelomový systém Veggie. Astronauti v ňom rastliny pestujú v malých vankúšikoch, ktoré obsahujú špeciálnu hlinu a hnojivo. Osvetlenie zabezpečujú modré a červené LED diódy. Takéto svetlo rastlinám pre zdravý vývoj úplne postačuje.
Inovatívnu technológiu úspešne previedli do praxe vedci v americkom Kennedyho vesmírnom stredisku. Vertikálne farmy na Zemi dnes túto technológiu bežne využívajú. Systémy šetria vodu a nepotrebujú priame slnečné svetlo. Posádka na obežnej dráhe v týchto zariadeniach úspešne dopestovala rôzne druhy čerstvých plodín, napríklad rímsky šalát, reďkovky či čili papričky. Čerstvá zelenina výrazne spestruje stereotypný jedálniček astronautov a členovia posádky si pochvaľujú aj samotnú starostlivosť o zeleň. Práca s rastlinami spoľahlivo znižuje napätie počas dlhých misií.
Astronautka úradu NASA Kayla Barronová kontroluje rastliny v pestovateľskom zariadení Veggie na Medzinárodnej vesmírnej stanici (ISS). Zdroj: NASA
Rastliny v mimozemskej pôde
Vedci uvažujú nad pestovaním plodín nielen v kozmickej lodi, ale aj na iných planétach. Budúce misie plánujú využívať miestne suroviny a týka sa to najmä povrchu Mesiaca a Marsu.
Mimozemský prach sa nazýva regolit. Tento materiál neobsahuje bežné živiny ani mikroorganizmy a štruktúrou pripomína skôr suchú rozdrvenú skalu. Vedci z Floridskej univerzity urobili v tomto smere prelomový krok. Zasadili arábkovku do skutočnej lunárnej pôdy. (Astronauti programu Apollo materiál priniesli pred polstoročím.) Semienka po dvoch dňoch naozaj úspešne vyklíčili a začali nečakane rýchlo rásť, čo biológov šokovalo.
Rastliny však o čosi neskôr začali zaostávať. Rástli oveľa pomalšie a mali kratšie korene. Ich listy získali červenkasté sfarbenie vinou fyziologického stresu. Genetická analýza potvrdila, že zeleň tým negatívne reaguje na prítomnosť ťažkých kovov a solí v lunárnom prachu. Cenné poznatky vedci zúročia pri ďalšom výskume.
Budúci prieskumníci tak musia mimozemskú pôdu najskôr dôkladne zbaviť toxínov a obohatiť o chýbajúce živiny. Bez takýchto zásahov zelenina v nehostinnom mimozemskom prostredí nedokáže plnohodnotne rásť.
Vedcom z Floridskej univerzity sa v roku 2022 podarilo úspešne vypestovať rastliny v pôvodných vzorkách mesačného povrchu (regolitu), ktoré na Zem priniesli astronauti ešte počas programu Apollo. Zdroj: NASA
Trpasličie odrody a odolní rekordéri
Drsné podmienky si vyžadujú mimoriadne odolné druhy plodín. Výskumníci sa intenzívne sústredia aj na samotnú veľkosť rastlín, lebo kozmické lode neposkytujú prebytočný priestor pre veľké stromy.
Šľachtitelia hľadajú nové cesty k trpasličím plodinám. Biológovia napríklad skúmajú geneticky upravené slivky, ktoré svojím rastom pripomínajú skôr drobné popínavé kríky. Kvitnú nepretržite a produkujú malé ovocie. Takýto moderný prístup maximalizuje úrodu na minimálnej ploche.
Výnimočné vlastnosti pre vesmírne poľnohospodárstvo ponúka drobná vodná rastlina z rodu Wolffia so slovenským názvom drobnička. Tento špecifický ázijský druh rastliny nemá žiadne korene. Tvorí len malú zelenú guľôčku na hladine vody. Tím z thajskej univerzity Mahidol detailne testoval jej odolnosť. Využili na to obrovskú vedeckú centrifúgu v Holandsku. Rastlina zvládla gravitačné preťaženie úplne bez problémov. Drobnička rýchlo rastie a nepretržite produkuje množstvo kyslíka. Človek ju môže navyše zjesť úplne celú. Predstavuje tak ideálneho kandidáta pre budúce kozmické poľnohospodárstvo.
Cesta k sebestačnosti mimo Zeme
Všetky objavy postupne skladajú veľkú mozaiku budúcnosti. Pestovanie rastlín mimo Zeme prekonalo za posledné desaťročia ohromný kus cesty. Nejde už len o odvážnu teóriu zo sci-fi filmov. Astronauti si dnes na orbite príležitostne dopĺňajú svoje balené jedlo o vlastnoručne vypestované lístky zeleniny.
Botanika zohráva kľúčovú úlohu pri dobývaní hlbokého vesmíru. Zelené organizmy ľuďom jedného dňa reálne umožnia kolonizovať cudzie svety. Vesmírny výskum navyše prináša inovácie pre pozemské poľnohospodárstvo. Uzavreté vesmírne skleníky nás totiž učia pestovať plodiny s minimálnou spotrebou vody a bez chemických postrekov.
(KAM)
