В прошлом месяце со стартовой площадки NASA в Вирджинии запустили ракету к Международной космической станции. Среди 7400 кг груза была горсть семян, предназначенных для выращивания растений в космосе. Полученные знания помогут увеличить количество свежих продуктов на борту космической станции и поспособствовать развитию производства биотоплива на нашей планете. Семена были созданы в лаборатории Нормана Льюиса, учёного из Вашингтонского университета. Космический аппарат стартовал с космодрома Wallops в предрассветные часы 21 мая. Это будет первый эксперимент в самой передовой камере для проращивания семян, когда-либо запущенной в космос. Льюис работает в EMSL, Лаборатории молекулярной науки им. Уильяма Р. Уайли. Учёная из EMSL Мэри Липтон проанализирует тысячи белков растений, чтобы понять, чем растения, выращенные в космосе, отличаются от своих аналогов на Земле, находящихся в идентичных условиях – за исключением силы тяжести. Проект имеет более 180 датчиков, которые будут брать детальные измерения температуры, света, кислорода, углекислого газа, влаги и других переменных, в то время как космическая станция будет двигаться со скоростью более 27000 км в час, пролетая на 400 км над поверхностью Земли.
На такой высоте гравитация Земли всё ещё значительна, поэтому не совсем правильно называть данные условия “нулевой гравитацией”. Растения будут находиться в состоянии непрерывного свободного падения, среде, которую учёные называют “микрогравитацией”. Впервые растения будут выращиваться в космосе в контролируемых условиях, а на Земле в точно таких же условиях будут выращиваться идентичные экземпляры. На космической станции данные будут собираться каждые пять секунд, три камеры будут снимать по две фотографии каждый день, чтобы следить за ростом растений. Основное внимание уделяется веществу лигнину, составляющему жёсткие стенки растительных клеток, которое позволяет растениям противостоять гравитации и расти вертикально. Учёные будут исследовать, как растения реагируют на условия невесомости на космической станции. Например, будут ли растения по-прежнему расти “вверх” даже в условиях микрогравитации. Лигнин хорош во многих отношениях. Он делает растения жёсткими, защищая их от травоядных. Он защищает транспортную систему, разносящую питательные вещества и воду по всему растению. И это даёт им возможность противостоять гравитации и расти вверх. Но материал, являющийся буквально стенкой внутри растения, также представляет сложность для учёных, пытающихся создать новое биотопливо на растительной основе. Лигнин делает растения устойчивыми к химической обработке и превращению в биотопливо.
“Растения, ограниченные в лигнине, могут жить и развиваться, но они недостаточно сильны, чтобы процветать в большей части условий. Они не могут самостоятельно стоять – это всё равно что иметь в человеческом теле только те кости, которые поддерживают его целостность. Но в условиях микрогравитации растения могут обходиться меньшим содержанием лигнина”, – сказал Льюис. Жизнеспособные растения с меньшим содержанием лигнина обладают рядом преимуществ. На Земле меньшее содержание лигнина упрощает методы извлечения полезной энергии из растений. В космосе, если уменьшить расход энергии растения на создание аморфного лигнина, тогда большая его часть станет съедобной – отсюда больше еды для дальних полётов и, возможно, больше кислорода для дыхания. Это также упростит переработку растений, выращиваемых в космосе. Из всех продуктов, которые учёные на протяжении 30 лет выращивали в космосе – латук, капусту, картофель, подсолнечник, горох – растениям, созданным в лаборатории Льюиса, будет сложнее всего приспособиться к условиям космической станции. Недавно над этими растениями проводились исследования в лаборатории Льюиса, в которых принимала участие учёная Ким Хиксон, ставшая ведущим научным сотрудником лаборатории Льюиса в прошлом месяце. Льюис возглавляет команду, обладающую необычайными знаниями о лигнине – какие молекулы контролируют его выделение, что происходит, когда разрушаются ключевые гены или белки. Хиксон изучила формы молекул, известных как дегидратазы, которые выполняют большую часть молекулярных процессов, регулирующих содержание лигнина в растениях.
“На Земле растениям нужен лигнин, это позволяет растениям противостоять силе тяжести. Мы исследуем то, что происходит с ним в ситуации невесомости”, – сказала Хиксон. Хиксон и её коллеги из Вашингтонского университета обнаружили признаки того, что изменение количества лигнина влияет на т.н. “фосфопротеом”, подмножество белков, которые включаются или выключаются в зависимости от определённых условий. Льюис и Липтон ведут долголетнее сотрудничество. Льюис опирался на ресурсы EMSL во время ранних работ, которые подготовили почву для нынешнего эксперимента. Липтон, которая по совместительству работает в Вашингтонском университете, входит в финансируемый NASA консорциум, собранный Льюисом несколько лет назад в целях проведения исследования. В проекте также задействованы ученые из Университета Нью-Мексико, нового консорциума Нью-Мексико и Лос-Аламосской национальной лаборатории. Эксперимент достигнет своей кульминации в конце этой осени, после того, как растения в космической оранжерее будут собраны и отправлены обратно на Землю. Сорняки из космоса будут нарезаны и перевезены в разные лаборатории, в том числе EMSL, где с их помощью подготовят почву для будущего на нашей и других планетах.
Источник: phys.org
Перевод: Ольга Шатерникова