Brazylia hoduje bataty i ciecierzycę na potrzeby przyszłych misji kosmicznych

Pełny tekst

Spis treści:

Jak Brazylia przygotowuje rośliny do uprawy w kosmosie

Bataty i ciecierzyca mają żywić astronautów podczas długich misji

Kosmiczne rolnictwo może pomóc uprawom przetrwać suszę i upały na Ziemi

Brazylia wysyła rośliny w kosmos i testuje uprawy przyszłości

Kosmiczne rolnictwo zaczyna się na Ziemi

Luis Felipe Villani Purquerio wita mnie na schodach skąpanego w słońcu budynku, którego pomarańczowa fasada wyraźnie odcina się od bujnej zieleni południowo-wschodniej Brazylii. Luis jest agronomem – badaczem roślin i gleby – w Instituto Agronômico de Campinas (IAC), jednym z najstarszych ośrodków badań rolniczych na świecie, położonym około dwóch godzin drogi od São Paulo.

Jak Brazylia przygotowuje rośliny do uprawy w kosmosie

Wewnątrz oprowadza mnie po historii tego miejsca: założona w 1887 roku przez ostatniego cesarza Brazylii instytucja tworzy bardziej wydajne i odporne odmiany roślin dla rolników w całym kraju. Hol zdobią zabytkowe ilustracje rozległych pól uprawnych pod otwartym niebem oraz asortyment owoców i warzyw – malownicze przedstawienie ziemskiej obfitości.

W mieszczących się dalej laboratoriach, pod błękitno-białym blaskiem lamp, Luis Purquerio i jego studenci eksperymentują z zupełnie innym rodzajem rolnictwa: sprawdzają, jak uprawiać rośliny w przestrzeni kosmicznej , aby przyszli astronauci – a zarazem przyszli rolnicy – mogli samodzielnie produkować własną żywność.

Dzięki wieloletnim badaniom nad technologią żywności astronauci już dziś jedzą całkiem dobrze. Jednak kolejne pokolenia odkrywców będą potrzebowały zrównoważonych źródeł pożywienia , które uzupełnią ich zwykłe zapasy: żywność liofilizowaną, poddaną obróbce termicznej i produkty o długim okresie przydatności do spożycia. Najlepsze metody kosmicznego rolnictwa trzeba będzie opracować na długo przed wyruszeniem takich misji.

Naukowcy na całym świecie poszukują sposobów na podtrzymanie życia roślin poza Ziemią, a Brazylia , ze swoją bogatą tradycją badań rolniczych, jest do tego szczególnie dobrze przygotowana. W 2022 roku badacze uruchomili ogólnokrajowy projekt Space Farming Brazil Network – najnowszą inicjatywę w szybko rozwijającej się dziedzinie rolnictwa kosmicznego. Luis Purquerio należy do tej nowej sieci współpracy, skupiającej agronomów, badaczy kosmosu i inżynierów lotniczych oraz kosmicznych z instytucji w całym kraju. Ich celem jest przygotowanie roślin do uprawy w najróżniejszych pozaziemskich środowiskach : na krawędzi księżycowego krateru, na pokładzie statku przemierzającego głęboką przestrzeń kosmiczną czy na piaszczystych, smaganych wiatrem równinach Marsa.

– Badamy stres cieplny, stres świetlny i stres związany z niedoborem składników odżywczych , ponieważ w kosmosie rośliny będą narażone na silny stres – mówi Luis Purquerio, który kieruje laboratorium uprawy roślin w warunkach kontrolowanych w IAC.

Luis Purquerio i jego współpracownicy mają nadzieję, że badania nad pozaziemskim rolnictwem pomogą również w produkcji żywności na Ziemi , gdzie brazylijskie regiony rolnicze coraz dotkliwiej odczuwają skutki zmian klimatu. Jak zauważa dr Ricardo Lourenço Ogando, astrofizyk z Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer, którego naukowcy również uczestniczą w projekcie, ocieplająca się planeta sama staje się coraz mniej przyjaznym środowiskiem. – Jesteśmy bliżej przekształcenia Ziemi w Marsa niż Marsa w Ziemię – mówi.

Bataty i ciecierzyca mają żywić astronautów podczas długich misji

Astronauci mają już za sobą pierwsze uprawy na orbicie. Na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej hodowali między innymi warzywa liściaste, ryż, rzodkiewki, papryczki chili i inne rośliny. Uprawiano je jednak przede wszystkim w celach badawczych, a nie jako stały element jadłospisu – choć od czasu do czasu trafiały na talerze astronautów, na przykład jako dodatek do sałatek. Przyszli odkrywcy kosmosu będą potrzebowali bardziej sycącego i pożywnego jedzenia , zwłaszcza podczas długotrwałych misji, mówi prof. Alessandra Pereira Fávero, badaczka z Embrapy, brazylijskiej instytucji zajmującej się badaniami rolniczymi, która wraz z Brazylijską Agencją Kosmiczną kieruje projektem.

Zespół koncentruje się na batatach i ciecierzycy . Decyzję tę podjęto po wielu miesiącach analiz, podczas których wykluczono między innymi rośliny wymagające zapylania przez pszczoły – z oczywistych powodów, jak zauważa prof. Alessandra Fávero. Żaden z wybranych gatunków nie jest szczególnie wymagający w uprawie . Ciecierzycę wybrano ze względu na wysoką zawartość białka , natomiast w przypadku batatów zdecydowano się na odmianę o purpurowym miąższu, bogatą w antocyjany – silne przeciwutleniacze.

– To bardzo korzystne zarówno dla ludzi, jak i dla samych roślin – mówi prof. Alessandra Fávero. Badania wykazały, że antocyjany obecne w nasionach pomagają chronić je przed promieniowaniem kosmicznym . Brazylia dysponuje ponadto dużymi bankami plazmy zarodkowej obu tych roślin, czyli zbiorami materiału genetycznego, z którego naukowcy mogą korzystać przy tworzeniu nowych odmian.

Prof. Alessandra Fávero ma nadzieję, że przyszli odkrywcy nie będą ograniczać się do zrywania liści batatów i jedzenia ich na surowo, lecz zajmą się prawdziwym międzyplanetarnym gotowaniem – albo przynajmniej przygotują sobie kosmiczny hummus.

Przyszłość kosmicznych przekąsek będzie zapewne wymagała wyhodowania bardziej odpornych odmian batatów i ciecierzycy, o cechach szczególnie przydatnych w warunkach pozaziemskich: krótszym cyklu wzrostu, większych plonach i wyższej wartości odżywczej .

Luis Purquerio i jego zespół zamierzają uprawiać sadzonki batatów i ciecierzycy w zamkniętych pomieszczeniach, bez naturalnej gleby i tradycyjnego podlewania . Zamiast ziemi rośliny będą rosły w podłożu z włókna kokosowego, a ich korzenie otrzymają roztwory składników odżywczych za pośrednictwem sztucznego systemu nawadniania – podobnego do tego, z którego w przyszłości będą zapewne korzystać astronauci zajmujący się uprawą roślin. Regulując natężenie i rodzaj sztucznego oświetlenia oraz ilość substancji odżywczych, badacze będą mogli sprawdzić, jak silny stres rośliny są w stanie znieść, zachowując przy tym dobrą kondycję i wydajność.

Luis Purquerio wyobraża sobie system przypominający uprawę bonsai: niewielkie rośliny batatów, które nieustannie wytwarzają nowe liście , gotowe do regularnego zbioru. – Liście są bardzo bogate w różnego rodzaju składniki odżywcze – mówi.

Przedsmak przyszłego kosmicznego rolnictwa można już zobaczyć w laboratorium Luisa Purqueria. Półki sięgające niemal sufitu zastawione są donicami z krępymi, gęsto ulistnionymi pomidorami – roślinami, które mogą posłużyć jako model dla batatów i ciecierzycy przeznaczonych do uprawy poza Ziemią. To odmiana hybrydowa, która nie osiąga typowej dla pomidorów wysokości, za to wydaje większe niż zwykle owoce. – Im niższe są rośliny, tym więcej poziomów uprawy mogę zmieścić w laboratorium – wyjaśnia.

Niewielkie, a zarazem wydajne rośliny dobrze sprawdziłyby się również w ciasnych wnętrzach kosmicznej szklarni. – Podczas długotrwałych misji kosmicznych liczy się każdy zasób – mówi Matheus Kainan, doktorant z zespołu Luisa Purqueria. Rośliny uprawiane w kosmosie będą musiały radzić sobie przy znacznie mniejszej dostępności zasobów niż na Ziemi. – Wypracowanie takich przystosowań z myślą o warunkach kosmicznych może później przełożyć się bezpośrednio na nasze potrzeby na Ziemi – podkreśla.

Kosmiczne rolnictwo może pomóc uprawom przetrwać suszę i upały na Ziemi

Badania nad roślinami przeznaczonymi do uprawy w kosmosie mogą pomóc opracować sposoby zwiększania odporności ich ziemskich odpowiedników . Naukowcy mają nadzieję, że rozwiązania powstające w ramach projektu kosmicznego rolnictwa „trafią bezpośrednio do rolników” na długo przed tym, zanim astronauci wyruszą ku obcym i nieprzyjaznym światom.

W latach 60. XX wieku, gdy Brazylia tworzyła swój narodowy program kosmiczny – budowała pierwszy ośrodek startowy i rozwijała rakiety suborbitalne – rozpoczęła również ekspansję rolnictwa, która z czasem przekształciła kraj z borykającego się z problemami importera żywności w rolniczą potęgę . Dziś Brazylia dysponuje jednym z największych programów kosmicznych w Ameryce Południowej, a zarazem należy do światowej czołówki producentów najważniejszych roślin uprawnych . Rosnące temperatury na świecie, a także wylesianie i niezrównoważone praktyki rolnicze stosowane w samym kraju – które dodatkowo napędzają zmianę klimatu – stanowią jednak coraz większe zagrożenie dla rolników.

W ostatnich dekadach Brazylia doświadcza coraz częstszych i gwałtowniejszych ekstremalnych zjawisk pogodowych, a w ciągu roku przybywa niebezpiecznie upalnych dni. Pory suche stają się dłuższe , powodując niedobory wody w gospodarstwach i sprzyjając rekordowej liczbie pożarów. Ekstremalne upały uszkadzają rośliny, zmniejszają plony i sprzyjają rozprzestrzenianiu się szkodników przenoszących choroby. Są też wyczerpujące i niebezpieczne dla pracowników rolnych wykonujących swoje obowiązki na zewnątrz. A kiedy wreszcie nadchodzi pora deszczowa , opady bywają niezwykle intensywne i prowadzą do niszczycielskich powodzi.

Aby stworzyć swego rodzaju galaktyczny spichlerz , który mógłby służyć zarówno rolnikom na Ziemi, jak i tym pracującym poza nią, prof. Augusto Tulmann Neto, specjalista w dziedzinie hodowli roślin z Centrum Energii Jądrowej w Rolnictwie (CENA) na kampusie Uniwersytetu São Paulo w Piracicabie, bada sposoby genetycznej modyfikacji nasion zwiększającej ich szanse na przetrwanie. Na terenie szklarni, około godziny jazdy na zachód od Campinas, prof. Augusto Tulmann Neto pokazuje mi tacę z młodymi roślinami ciecierzycy. Ich delikatnie omszone liście wyrastają z wilgotnej gleby. Rośliny mają różną wysokość i ustawiono je starannie od najwyższej do najniższej, jak gdyby przesunęła się nad nimi niewidzialna różdżka stopniowo je pomniejszająca. W pewnym sensie tak właśnie się stało: przed wysianiem nasiona potraktowano promieniowaniem gamma , a kolejne partie wystawiano na coraz większe dawki.

Proces ten w ciągu kilku sekund losowo zmienia DNA nasion, wywołując przypadkowe mutacje . Jak mówi profesor, w przypadku napromieniowanej ciecierzycy coś stało się z hormonami odpowiedzialnymi za wzrost.

Technologię napromieniania od dziesięcioleci wykorzystuje się do wywoływania u roślin określonych cech, takich jak większa odporność na suszę czy choroby . Zdaniem prof. Augusto Tulmanna Neto może ona również pomóc przygotować rośliny do życia w niegościnnym środowisku kosmicznym. Naukowcy nie są w stanie przewidzieć, jakie mutacje pojawią się w pierwszym pokoleniu, mogą jednak obserwować kolejne generacje wyhodowane z tych samych roślin i wybierać osobniki o pożądanych właściwościach.

W przypadku ciecierzycy jedną z takich cech może być wcześniejsze niż zwykle kwitnienie . Pozwala ono roślinom rosnącym w skrajnie suchych warunkach zakończyć cykl życiowy zanim stres cieplny wyrządzi im zbyt duże szkody. Jak zauważa naukowiec, rośliny zmodyfikowane tak, aby radziły sobie przy ograniczonych zasobach wody w bazie księżycowej, mogą być jeszcze lepiej przygotowane do przetrwania suszy na Ziemi.

Brazylia wysyła rośliny w kosmos i testuje uprawy przyszłości

W ubiegłym roku Space Farming Brazil Network wysłała swoje pierwsze rośliny doświadczalne – sadzonki batatów i nasiona ciecierzycy – na skraj przestrzeni kosmicznej na pokładzie rakiety Blue Origin . Były to odmiany pochodzące z kolekcji Embrapy, wcześniej udoskonalone tak, by były bardziej wydajne i miały większą wartość odżywczą. Jak mówi prof. Alessandra Fávero, naukowcy wciąż czekają na powrót tych próbek do Brazylii, gdzie będą mogły zostać poddane analizom.

W miarę rozwoju projektu urządzenia i stanowiska badawcze przeznaczone do eksperymentów kosmicznych będą przechodziły testy w Narodowym Instytucie Badań Kosmicznych (INPE) w São José dos Campos, gdzie przed startem montuje się i sprawdza satelity. W laboratoriach instytutu znajduje się kilka urządzeń symulujących warunki panujące w przestrzeni kosmicznej, pozwalających sprzętowi zmierzyć się wcześniej z niewyobrażalnym zimnem, które będzie na niego czekać poza Ziemią. Największa z tych komór termiczno-próżniowych ma rozmiary stodoły.

Niepozorne drzwi prowadzą tu do kolejnych ogromnych pomieszczeń, w których zaawansowana infrastruktura techniczna pozwala uzyskać niemal magiczne efekty. W komorze bezechowej ściany pokrywają tysiące kolczastych elementów z pianki, które niezwykle skutecznie pochłaniają fale dźwiękowe, pozostawiając po sobie czystą, pozbawioną echa ciszę.

Inżynierowie z INPE pomogą naukowcom zajmującym się roślinami dostosować ich eksperymenty do warunków kosmicznych , mówi dr Adenilson Roberto da Silva, starszy technolog kierujący pionem systemów kosmicznych instytutu. Gdy niedawno jeden z badaczy przyniósł urządzenie z diodami LED, które miało zastępować światło słoneczne roślinom uprawianym w kosmosie, dr Adenilson Silva spojrzał na nie i stwierdził: – To się zepsuje. Ten element trzeba zastąpić innym.

Instytut pomógł również przygotować najnowszy eksperyment suborbitalny realizowany przez sieć, którego start z jednego z brazylijskich kosmodromów zaplanowano na wrzesień. Niewielki pojazd zabierze ze sobą mikroorganizmy dostarczające azot roślinom soi . Na Ziemi ten proces biologiczny pozwolił ograniczyć stosowanie nawozów sztucznych, których użycie przyczynia się do emisji gazów cieplarnianych.

Naukowcy sprawdzą, jak te mikroskopijne organizmy radzą sobie w warunkach obniżonej grawitacji . Każdy przyszły rolnik próbujący uprawiać rośliny w ubogiej w azot marsjańskiej glebie z pewnością chciałby zabrać je ze sobą.

Kosmiczne rolnictwo zaczyna się na Ziemi

Brazylijski program dopiero raczkuje, ale jeden z jego uczestników, Serguei Balachov, badacz z Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer, podzielił się tekstem radzieckiej piosenki z lat 60., która dobrze oddaje wizję kosmicznego rolnictwa przyszłości. Jak to często bywa z tłumaczeniami, w oryginalnym rosyjskim brzmi ona piękniej, ale jej słowa można przełożyć mniej więcej tak: „Wspaniale jest żyć i wierzyć / Przed tobą drogi, jakich dotąd nie znano / Kosmonauci i marzyciele twierdzą / Że na Marsie zakwitną jabłonie ”.

Marsjańskie jabłka – podobnie jak ziemniaki uprawiane przez fikcyjnego botanika Marka Watneya w „Marsjaninie” – wciąż należą do sfery marzeń. Jednym z pierwszych namacalnych efektów brazylijskiego programu jest jednak to, że połączył on inżynierów lotniczych i kosmicznych z naukowcami zajmującymi się roślinami . Podobnie jak prof. Alessandra Fávero, część specjalistów od rolnictwa niespodziewanie stała się przy tym zapalonymi miłośnikami kosmosu.

Po powrocie do Campinas Purquerio i Kainan zabierają mnie na przejażdżkę po terenie instytutu. Drobne, białe kwiaty zdobią tu gałęzie kawowców , a pękate, różowe kielichy zwisają z pnączy drzew armatnich. Myśl o podróżach kosmicznych wydaje się w tym miejscu niezwykle odległa – w tej falującej, szmaragdowozielonej krainie roślinności, wyrosłej z gleby dzięki setkom milionów lat ewolucyjnej pamięci jednej, konkretnej planety, przechowującej historię Ziemi w korzeniach, łodygach i liściach.

Przyszłe misje kosmiczne , zaopatrzone w nasiona i kiełki przeznaczone na kosmiczne zbiory oraz pożywny posiłek, mogą ten dystans skrócić. Gdy ludzie wyruszą w dalsze i bardziej niebezpieczne wyprawy, zabiorą ze sobą cząstki tej planety, by odżywić ciała i umysły, które nie wyewoluowały do funkcjonowania nigdzie indziej. Bo w skali kosmosu nie ma drugiego takiego miejsca jak dom .

Źródło : National Geographic

Szukasz inspirujących podróży, fascynujących odkryć i opowieści ze świata nauki? Skorzystaj ze specjalnej oferty prenumeraty magazynów National Geographic Polska i National Geographic Traveler .