کشاورزی در فضا با خاک سیارک‌ها

خوشبختانه مطالعات صورت گرفته در چند سال اخیر نشان داده می‌توان از خاک سیارک‌ها برای این منظور استفاده کرد.

اما چرا کاشت گیاهان در فضا این قدر اهمیت دارد؟ پاسخ را باید در هزینه‌های ارسال مواد غذایی به فضا جست. به‌طور کلی، ارسال هر نوع ماده‌ای به فضا، هزینه‌ای را روی دست سازمان‌های فضایی می‌گذارد. هر قدر حجم این مواد بیشتر باشد، هزینه ارسال آنها نیز بیشتر خواهد بود. در این صورت تردیدی نیست که تولید مواد مورد نیاز در فضا، سبب کاهش قابل توجه هزینه‌ها می‌شود.

گیاهان نه‌تنها می‌توانند بخش قابل توجهی از مواد غذایی مورد نیاز فضانوردان را تامین کنند، بلکه حتی حس روانی خوبی نیز در آنها ایجاد می‌کنند. اهمیت این امر به حدی بوده که تقریبا با همه شاتل‌های پرتاب شده به فضا در دهه 1980 و 1990، مقداری گیاه نیز به فضا ارسال می‌شد. اما همان‌طور که بدن انسان در ریزگرانش (جاذبه اندک موجود در فضا) نمی‌تواند عملکردی کاملاً طبیعی داشته باشد، گیاهان نیز در این ماموریت‌ها دچار مشکلاتی می‌شدند.

شاید دلیل این عملکرد غیرمعمول گیاهان را باید در بیوشیمی سلول‌های آنها جست. گیاهانی که در این سفرها به فضا برده می‌شدند، دچار جهش‌های عجیب ژنتیکی شده، به شکل‌های عجیبی رشد می‌کردند. بعلاوه، بذرها نیز جوانه نمی‌زدند یا رشد خوبی نداشتند. همچنین این گیاهان در تولید بذرهایی مولد برای نسل بعدی ناتوان بودند. به این ترتیب بود که امکان کشت گیاهان در فضا تا سال‌ها در هاله‌ای از ابهام فرورفت.

اما چند سالی است که دانشمندانی از نقاط مختلف دنیا به بررسی شیوه‌های مختلف پرورش گیاهان در فضا می‌پردازند. در یکی از موفق‌ترین این پروژه‌ها، دانشمندان کپسولی ساختند که در آن، دو نسل از یک گیاه توانست بخوبی در ایستگاه فضایی رشد و نمو کند.

میزان رطوبت خاک، نور، دما، رطوبت هوا و نیز میزان دی اکسید کربن و اتیلن موجود در این کپسول بدقت زیر نظر گرفته شده است. گفتنی است اتیلن، هورمونی است که گیاهان به محض رسیده شدن از خود تولید می‌کنند و به هوا می‌فرستند. همچنین یک توری وظیفه پایین نگاه داشتن ریزدانه‌هایی که ریشه گیاه در آن قرار دارد را بر عهده دارد.

در آزمایشی که برای تعیین کارایی این کپسول به انجام رسید، دانشمندان از روی مرکزی روی زمین، وضع کپسول را به‌صورت آنی مورد کنترل قرار می‌دادند. در این آزمایش، «شاهی گوش موشی» (با نام علمی Arabidopsis thaliana ) که یک گیاه گلدار است به کار گرفته شد. در این مطالعه مشخص شد نه‌تنها گیاه مورد بررسی توانست بذر تولید کنند، بلکه 92 درصد این بذرهای جدید نیز جوانه زدند. برخی از این بذرهای جدید در همان ایستگاه فضایی و برخی دیگر نیز روی زمین پرورش یافتند. نکته جالب اینجا بود که تفاوت چندانی در گیاهان حاصله در این دو محیط متمایز مشاهده نشد.

در واقع تنها تفاوت‌های موجود میان آنها این بود که بذرهای جوانه زده در فضا، پروتئین خود را اندکی متفاوت در خود ذخیره کرده بودند و نیز مسیر گسترش ساقه‌های آنها پس از جوانه زدن نیز با این شکل حرکت ساقه‌های گیاهان برخاسته از این بذرها روی زمین متفاوت بود. این آزمایش موفق نشان داد شاید گرانش اندک موجود در فضا را نباید تنها عامل در رشد نامتناسب و ناکارآمد گیاهان دانست و دلیل اصلی ناکامی‌های پیشین می‌تواند محیط نامناسب برای رشد آنها باشد.

نقش گرانش در رشد گیاهان

همان‌طور که گفته شد، دانشمندان مختلفی اکنون روی پرورش گیاهان در فضا به تحقیق مشغولند. یک تیم پژوهشی از دانشگاه فلوریدا در این میان به بررسی شیوه‌های مقابله گیاه با گرانش اندک پرداخته است. این گروه نیز با بررسی رشد «شاهی گوش موشی» در ایستگاه فضایی به این نتیجه رسید که گیاه مذکور از شیوه‌های مختلفی برای خنثی‌سازی تاثیر فقدان جاذبه استفاده می‌کند. این دانشمندان متوجه شدند این گیاه با افزایش تولید نوعی ژن که به دریافت نور توسط برگ‌ها در ارتباط است و نیز تغییر ساختار دیواره سلولی ریشه‌ها، خود را با شرایط ریزگرانش وفق می‌دهد.

درک دقیق این شیوه‌های جایگزین می‌تواند ما را در طراحی ژنتیکی انواعی از گیاهان با قابلیت سازگاری بیشتر در فضا یاری کند. با این حال، همیشه نیازی به مداخله انسان نیست و در برخی موارد، خود گیاه می‌تواند راه‌حلی برای سازگاری با وضع متفاوت موجود در محیط‌های خارج از زمین بیابد.

خاک مناسب برای کشاورزی در فضا

گیاهان برای رشد و نمو به خاک نیاز دارند. اکنون می‌توان از خاکی که از زمین به فضا برده می‌شود و نیز فضولات انسانی برای تامین مواد مورد نیاز گیاهان استفاده کرد. اما اگر بشر بخواهد روی مریخ یا هر محیط دیگری بجز زمین اقامت کند، با مشکل دیگری روبه‌رو می‌شود و آن هم لزوم تامین حجم زیادی از خاک و صد البته، هزینه‌های سرسام‌آور ارسال این مقدار خاک از زمین به فضاست. به این ترتیب، یافتن جایگزینی برای خاک ارسالی از زمین، ضروری به نظر می‌رسد.

با این‌که در ماموریت‌های فضاپیمای آپولو، آزمایش‌های متعددی در مورد امکان کاشت گیاهان در خاک سطح ماه به انجام رسید، اما این آزمایش‌ها به اندازه‌ای نبود که مشخص کند آیا می‌توان از این خاک برای تامین مواد غذایی مورد نیاز انسان توسط منابع گیاهی بهره گرفت یا خیر.

خاک سطح ماه از جنس سنگ‌های بازالتی و نیز دیگر مواد آتشفشانی است. تاکنون چند تیم پژوهشی به بررسی امکان کاشت گیاهان با استفاده از خاکی مشابه آنچه روی سطح ماه یا مریخ یافت می‌شود پرداخته‌اند. گفتنی است خاک سطح ماه و مریخ شباهت زیادی به خاک مناطق آتشفشانی روی زمین دارد.

برای نمونه چند ماه پیش، گروهی از دانشمندان هلندی اعلام کردند که توانستند چهار گیاه گندم، گوجه فرنگی، تره و خردل را به مدت 50 روز و بدون هر گونه مواد افزودنی در چنین خاکی پرورش دهند. جالب اینجاست که میزان رشد این گیاهان در این نوع خاک آتشفشانی از میزان رشد آنها در خاک کم‌کیفیت زمینی هم بهتر بود.

سیارک‌ها، راه‌حل کشاورزی در فضا

در این میان، برخی دانشمندان بر این باورند که سیارک‌ها و بویژه سیارک‌های نوع C (که دربردارنده انواع ترکیبات آلی هستند) می‌توانند مسیر پیش‌رو برای کشاورزی در فضا را هموار سازند. برای نمونه، دانشمندان نیوزیلندی توانستند با استفاده از خاک نوعی سیارک از نوع C به پرورش گیاهان خوراکی بپردازند. آنها ابتدا بخش‌هایی از یک شهاب‌سنگ اصابت کرده به زمین (که در اصل یک سیارک سرگردان بود) را پودر کرده و به آن آب اضافه کردند. سپس میزان مواد مغذی موجود در این خاک را مورد بررسی قرار دادند. این بررسی نشان داد خاک به‌دست آمده از یک سیارک 200 کیلومتری می‌تواند مواد مورد نیاز زمین برای کشاورزی پایدار برای ده هزار نفر طی یک میلیارد سال را فراهم کند.

البته در این میان باید فشار هوا و نیز آب مورد نیاز گیاه تامین شود، اما در هر صورت مواد مورد نیاز ریشه‌های گیاه را می‌توان از طریق خاک سیارک‌ها تامین کرد. محاسبات این دانشمندان نشان می‌دهد اگر بتوانیم همه سیارک‌های موجود در منظومه شمسی را به دام بیندازیم، زمینه کشاورزی پایدار برای یک میلیارد نفر، آن هم به مدت یک میلیارد سال فراهم می‌شود. امروزه با استفاده از خاک سیارک‌ها، امکان پرورش گیاهان در شرایط ریزگرانش فراهم شده است. این امر می‌تواند به زندگی انسان در خارج از زمین کمک شایانی بکند.

newscientist / مترجم: صالح سپهری‌فر