Naukowcy badają wolfię, najmniejszą roślinę kwitnącą, w warunkach hipergrawitacji, aby ocenić jej potencjał jako źródła pożywienia dla astronautów i producenta tlenu. Ich odkrycia mogą znacząco wpłynąć na rolnictwo kosmiczne.
Wolfia to najmniejsza roślina kwitnąca na Ziemi – mniejsza nawet od bardziej znanej rzęsy. Podobnie jak rzęsa, wolfia jest rośliną wodną, która unosi się w zbiornikach wodnych niemal na całym świecie.
Ta roślina może w przyszłości stać się pożywnym pożywieniem astronautów, a także wysoce wydajnym źródłem tlenu. Aby pomóc w przetestowaniu ich przydatności w przestrzeni kosmicznej, pływające rośliny wolfii zostały poddane działaniu 20-krotnie większej niż normalna ziemskiej grawitacji na pokładzie Large Diameter Centrifuge (LDC), czyli wirówki wielkośrednicowej ESA, przez zespół z Uniwersytetu Mahidol w Tajlandii.
Na zdjęciu: Wolfia na ludzkich palcach. Każda kuleczka mniejsza niż 1 mm to osobna roślina. Źródło: Christian Fischer, CC BY-SA 3.0
LDC zlokalizowana w centrum technicznym ESTEC ESA w Holandii, to czteroramienna wirówka o średnicy 8 m, która umożliwia naukowcom uzyskanie przyspieszenia grawitacyjnego do 20-krotności grawitacji ziemskiej podczas eksperymentów, które mogą trwać tygodnie i miesiące.
Dostęp do LDC został zorganizowany za pośrednictwem HyperGES, będącego częścią inicjatywy „Dostęp do przestrzeni kosmicznej dla wszystkich” sponsorowanej przez ESA i Biuro Narodów Zjednoczonych ds. Przestrzeni Kosmicznej UNOOSA.
Na ilustracji: Wirówka wielkośrednicowa ESA (LDC) to czteroramienna wirówka o średnicy 8 m, która umożliwia uzyskanie przyspieszenia grawitacyjnego do 20-krotności grawitacji ziemskiej podczas eksperymentów, które mogą trwać tygodnie i miesiące. Źródło: ESA
Wirówka LDCobraca się najszybciej z prędkością do 67 obrotów na minutę. Sześć gondoli umieszczonych w różnych punktach wzdłuż jej ramion waży 130 kg, a każda jest w stanie pomieścić 80 kg ładunku.
Tatpong Tulyananda, kierujący zespołem na Uniwersytecie Mahidol, wyjaśnia: „Zainteresowaliśmy się wolfią, ponieważ chcieliśmy modelować, jak rośliny reagują na zmieniające się poziomy grawitacji. Wolfia nie ma żadnych korzeni, łodyg ani liści, jest po prostu kulką unoszącą się na zbiorniku wodnym. Oznacza to, że możemy skupić się bezpośrednio na wpływie, jaki zmiany grawitacji będą miały na jego wzrost i rozwój.
Na zdjęciu: Próbki wolfii umieszczono w skrzynkach wyposażonych w diody LED imitujące naturalne światło słoneczne. Pudełka te następnie umieszczono w gondoli wirówki LDC i pozostawiono do wzrostu podczas wirowania przy 20 g. Źródło: ESA-J. van Loona
„Ponadto wolfia wytwarza dużo tlenu w procesie fotosyntezy, a do tego jest to dobre źródło białka, które od dawna jest spożywane w naszym kraju – dodawane do jajka sadzonego do zupy, czy też spożywane jako część sałatki. Kiedy ją spożywasz, spożywasz 100% rośliny, więc jest to obiecujące z punktu widzenia rolnictwa kosmicznego”.
Do tej pory zespół badał wolfię za pomocą klinostatów, które w sposób ciągły zmieniają orientację wektora grawitacji względem próbki, aby symulować warunki mikrograwitacji.
Na zdjęciu: Tajlandzcy naukowcy badają wolfię poddaną działaniu bardzo wysokiej grawitacji, aby określić jej przydatność w rolnictwie kosmicznym i produkcji tlenu. Źródło: Uniwersytet Mahidol-T. Tulyananda
„Jak dotąd nie zaobserwowaliśmy żadnej różnicy między wzrostem roślin przy 1 g a symulowaną mikrograwitacją, ale chcemy rozszerzyć nasze obserwacje, aby uzyskać pojęcie o tym, jak rośliny reagują i adaptują się w całym zakresie środowisk grawitacyjnych. Kolejną cechą wolfii jest to, że jest rośliną dość krótko żyjącą, dlatego możemy zbadać jej cały cykl życiowy w ciągu pięciu do dziesięciu dni”.
W eksperymencie próbki wolfii umieszczono w pudełkach wyposażonych w diody LED imitujące naturalne światło słoneczne. Pudełka te umieszczono następnie w gondoli wirówki, a następnie pozostawiono do wzrostu podczas wirowania przy 20 g.
Na zdjęciu: Po zakończeniu eksperymentu hipergrawitacyjnego, zespół Uniwersytetu Mahidol zbadał próbki wolfii bezpośrednio, a następnie przetworzył ekstrakty w postać stałego granulatu, który można było używać do dalszych badań. Źródło: Uniwersytet Mahidol-T. Tulyananda
„Nasze dwutygodniowe eksperymenty dają nam w sumie dostęp do dwóch pokoleń wolfii” – dodaje Tatpong. „Nasza praca polega na zbadaniu roślin bezpośrednio po zakończeniu eksperymentu, a następnie przekształceniu ekstraktów w stały granulat, który wykorzystujemy do dalszych analiz. Te próbki poddajemy potem szczegółowej analizie chemicznej, aby uzyskać wgląd w szerokie spektrum reakcji hipergrawitacyjnej wolfii”.
Na ilustracji: Obraz z konfokalnego laserowego mikroskopu skaningowego roślin wolfii o średnicy około 1 mm po ekspozycji na hipergrawitację, wykonany przez zespół z Uniwersytetu Mahidol w Tajlandii, przy użyciu wirówki wielkośrednicowej ESA w ramach programu ESA-UNOOSA HyperGES. Powyższe zdjęcie zostało uzyskane przez sąsiadujące z ESA Laboratorium Materiałów i Komponentów Elektrycznych. Źródło: ESA-G
Następny w kolejce do wykorzystania LDC jest zespół składający się wyłącznie z kobiet z Universidad Católica Boliviana „San Pablo” w Boliwii, który planuje przetestować, w jaki sposób hipergrawitacja sprzyja rozpadowi ludzkich czerwonych krwinek.
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Rośliny wolfii (Wolffia arrhiza, małe kuleczki o średnicy mniejszej niz 1 mm) pomiędzy rzęsą Spirodela Polyrhiza (duże „liście”). Źródło: Wikimedia commons
