宇宙の植物

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地球を周回する宇宙ステーションに乗って咲くジニア植物

成長の植物宇宙空間には多くの科学的な関心を誘発しました。[1] 20世紀後半から21世紀初頭にかけて、植物はしばしば低軌道の宇宙に持ち込まれ、無重力であるが加圧された制御された環境で育てられました。[1]有人宇宙飛行の文脈では、それらは食物として消費され、および/またはさわやかな雰囲気を提供することができます。[2]植物は空気中の二酸化炭素を代謝して貴重な酸素を生成し、室内の湿度を制御するのに役立ちます。[3]宇宙で植物を育てると、有人宇宙飛行の乗組員に心理的な利益がもたらされる可能性があります。[3]通常、植物は、宇宙庭園をさらに開発したり、科学実験を行ったりするための研究または技術開発の一部でした。[1]これまで、宇宙に持ち込まれた植物はほとんど科学的な関心を持っており、宇宙船の機能への貢献は限られていましたが、アポロムーンツリープロジェクトは多かれ少なかれ林業に触発された使命であり、木は国の200周年記念の一部でした。

宇宙で植物を育てる上での最初の課題は、重力なしで植物を育てる方法です。[4]これは、重力が根の発達に及ぼす影響、適切な種類の照明の提供、およびその他の課題に関して困難に直面します。特に、根への養分供給、養分生物地球化学的循環、および土壌ベースの基質における微生物学的相互作用は特に複雑ですが、低重力および微小重力での宇宙農業を可能にすることが示されています。[5] [6]

NASAは、宇宙飛行士を養うために宇宙で植物を育て、長期の宇宙飛行に心理的な利益をもたらすことを計画しています。[7] 2017年、ISSの1つの植物成長装置に搭載された、そこからの白菜Brassica rapaの5番目の作物には、乗組員の消費のための割り当てが含まれ、残りは研究のために保存されました。[8] 宇宙の植物についての初期の議論は、1869年の短編小説「ブリックムーンのブリックムーン宇宙ステーションの木でした[9]

歴史

議論されているISSの野菜生産システム

2010年代には、長期的な宇宙ミッションへの欲求が高まり、宇宙飛行士の食糧としての宇宙ベースの植物生産への欲求につながりました。[10]この例は、地球軌道の国際宇宙ステーションでの野菜生産です。[10] 2010年までに、国際宇宙ステーションで20回の植物成長実験が行われた[1]

いくつかの実験は、植物の成長と分布が微小重力、宇宙条件、地球条件でどのように比較されるかに焦点を当てています。これにより、科学者は特定の植物の成長パターンが生得的なものなのか、環境に起因するものなのかを調べることができます。たとえば、アランH.ブラウンは、1983年にスペースシャトル コロンビア実生の動きをテストしました。ヒマワリの実生の動きは、軌道上で記録されました。彼らは、重力がないにもかかわらず、実生がまだ回転成長と周回を経験していることを観察し、これらの行動が本能的であることを示しています。[11]

他の実験では、植物は低重力状態でも重力屈性を示す能力があることがわかっています。たとえば、ESAのEuropean Modular Cultivation System [12]は、植物の成長を実験することを可能にします。ミニチュア温室として機能する国際宇宙ステーションの科学者は、可変重力条件で植物がどのように反応するかを調べることができます。 Gravi-1実験(2008)は、EMCSを利用して、レンズ豆の実生の成長とカルシウム依存性経路でのアミロプラストの動きを研究しました。[13]この実験の結果は、植物が非常に低いレベルでも重力の方向を感知できることを発見しました。[14]EMCSを使った後の実験では、768個のレンズ豆の苗木を遠心分離機に入れて、さまざまな重力の変化を刺激しました。この実験、Gravi-2(2014)は、植物がいくつかの重力レベルで成長している間、根の成長に向けてカルシウムシグナル伝達を変化させることを示しました。[15]

多くの実験では、1つの特定の成長行動とは対照的に、全体的な植物の成長パターンを観察するためのより一般的なアプローチがあります。たとえば、カナダ宇宙庁によるそのような実験の1つでは、カナダトウヒの苗木は、地球に拘束された苗木と比較して、反重力宇宙環境で異なって成長することがわかりました[16]宇宙実生は、新芽と針からの成長の促進を示し、また、地球に結合した対照群と比較して、アミロプラストの分布がランダム化されていた。[17]

初期の取り組み

宇宙で最初の生物は、1946年7月9日に米国で打ち上げられたV-2ロケットで134 km(83マイル)に打ち上げられた「特別に開発された種の株」でした。これらのサンプルは回収されませんでした。宇宙に打ち上げられ、回収に成功した最初の種子は、1946年7月30日に打ち上げられたトウモロコシの種子でした。すぐにライ麦綿花が続きました。これらの初期の軌道下生物学的実験は、ハーバード大学海軍研究所によって処理され、生体組織への放射線被曝関係していました。[18] 1966年9月22日、コスモス110号2匹の犬と保湿シードで発売されました。それらの種子のいくつかは発芽し、最初に発芽し、レタス、キャベツ、およびいくつかの豆が地球上のそれらの対照よりも多くの収量をもたらしました。[19] 1971年、500本の木の種(テーダマツシカモアモミジバフウレッドウッドダグラスファー)がアポロ14号の月の周りを飛んでいましたこれらの月の木は、変化が検出されなかった地球に戻ってコントロールを使用して植えられ、成長しました。

宇宙ステーション時代

Veg-03用に育つルッコラのようなレタスミズナ
ISSに乗っている若いヒマワリ植物[20]

1982年、ソビエト サリュート7宇宙ステーションの乗組員は、リトアニアの科学者(Alfonsas Merkysなど)が準備した実験を行い、Fiton-3実験用マイクロ温室装置を使用しシロイヌナズナを育て、開花して生産する最初の植物になりました。宇宙の種。[21] [22] Aスカイラブの実験は、重力の影響を研究し、上の光イネ植物。[23] [24] SVET-2成功宇宙ステーションに乗って1997年に種子植物の成長にシードを達成スペース温室ミール[3] Bion5を搭載DaucuscarotaBion7トウモロコシ(別名トウモロコシ)を運びました

国際宇宙ステーションで植物の研究が続けられました。バイオマス生産システムはISS第4次長期滞在で使用されました野菜生産システム(ベジ)システムは、後にISSに乗って使用されました。[25]宇宙に行く前に野菜でテストされた植物には、レタス、スイスフダンソウ、大根、白菜、エンドウ豆が含まれていました。[26]レッドロメインレタスは、第40次長期滞在の宇宙で栽培され、成熟したときに収穫され、凍結され、地球上でテストされました。44次長期滞在のメンバーは、2015年8月10日、レッドロメインの作物が収穫されたときに宇宙で育った植物を食べる最初のアメリカ人宇宙飛行士になりました。[27]2003年以来、ロシアの宇宙飛行士は作物の半分を食べており、残りの半分はさらなる研究に向けられています。[28] 2012年、NASAの宇宙飛行士ドナルドペティットの世話の下、ISSにひまわりが咲きました[29] 2016年1月、米国の宇宙飛行士は、ISSに乗って百日草が開花したと発表しました[30]

2017年、Advanced Plant HabitatはISS用に設計されました。ISSは、低軌道にあるその宇宙ステーションのほぼ自立した植物成長システムでした。[31]このシステムは、ステーションに搭載されている別の植物栽培システムであるVEGGIEと並行して設置され、このシステムとの主な違いは、APHが人間による維持管理が少なくて済むように設計されていることです。[31] APHは、Plant Habitat Avionics Real-TimeManagerによってサポートされています。[31] APHでテストされる予定だったいくつかの植物には、ドワーフコムギとシロイヌナズナが含まれます。[31] 2017年12月、VEGGIEシステムでの成長のために何百ものシードがISSに届けられました。[32]

2018年、ISSでのVeggie-3実験は、植物枕とルートマットでテストされました。[33]目標の1つは、乗組員が消費する食料を育てることです。[33]現時点でテストされている作物には、キャベツレタスミズナが含まれます。[33] 2018年に、微小重力で栄養を供給するためのPONDSシステムがテストされました。[34]

架空のオニールシリンダースペース生息地の内部ビュー。土地と窓のストライプが交互に表示されます。

2018年12月、ドイツ航空宇宙センターEuCROPIS衛星を低軌道に打ち上げました。このミッションは、最初に、次に火星(それぞれ6か月)のシミュレートされた重力下でトマトを栽培することを目的とした2つの温室を運び、栄養源として宇宙に存在する人間の副産物を使用します。[要出典] [更新が必要]

向性と細胞周期のメカニズムを研究するための苗の成長シリーズの実験は、2013年から2017年の間にISSで実施されました。[35] [36]これらの実験は、モデル植物シロイヌナズナの使用も含み、NASA間の共同作業でした。 (PIとしてのジョンZ.キス)およびESA(PIとしてのF.ハビエルメディナ)。[37] [36]

2020年11月30日、ISSに搭乗した宇宙飛行士は、ステーションで栽培された大根の最初の収穫を収集しました。合計20の植物が集められ、地球に戻るための輸送のために準備されました。現在、実験を繰り返し、2番目のバッチを成長させる計画があります。[38]

月面-2019年から

2019年1月の嫦娥4月着陸船は、植物と昆虫が相乗的に孵化して成長できるかどうかをテストするために、多くの種子と昆虫の卵が入った3 kg(6.6ポンド)の密閉された「生物圏」を運びました。[39]実験には、ジャガイモ、トマト、シロイヌナズナ(顕花植物)の種子、およびカイコの卵が含まれていました。これらは[要出典]月で育った最初の植物になりました。環境システムは、月の重力が低いことを除いて、コンテナを親切で地球のように保ちます。[40]卵が孵化すると、幼虫は二酸化炭素を生成し、発芽した植物は光合成によって酸素を放出します。植物とカイコが一緒になって、コンテナ内で単純な相乗効果を確立できることが期待されています。ミニチュアカメラは成長を撮影します。生物学的実験は28の中国の大学によって設計されました。[41] [更新が必要]

宇宙で育つ植物

ISSに乗って宇宙で育ったレタス

宇宙で育つ植物は次のとおりです。

実験

Illustration of plants growing in a hypothetical Mars base.

Some experiments involving plants include:

See also

References

  1. ^ a b c d e f "NASA - Growing Plants and Vegetables in Space Garden". NASA. 15 June 2010. Retrieved 13 February 2019.
  2. ^ Wild, Flint (24 June 2013). "Plants in Space". NASA. Retrieved 13 February 2019.
  3. ^ a b c d e f g h T. Ivanova; et al. "First Successful Space Seed-to-Seed Plant Growth Experiment in the SVET-2 Space Greenhouse in 1997" (PDF). Space.bas.bg. Retrieved 13 February 2019.
  4. ^ a b "Getting to The Root of Plant Growth Aboard The Space Station". NASA. 7 June 2013. Retrieved 13 February 2019.
  5. ^ Maggi, Federico; Pallud, Céline (2010). "Martian base agriculture: The effect of low gravity on water flow, nutrient cycles, and microbial biomass dynamics". Advances in Space Research. 46 (10): 1257–1265. Bibcode:2010AdSpR..46.1257M. doi:10.1016/j.asr.2010.07.012. ISSN 0273-1177.
  6. ^ Maggi, Federico; Pallud, Céline (2010). "Space agriculture in micro- and hypo-gravity: A comparative study of soil hydraulics and biogeochemistry in a cropping unit on Earth, Mars, the Moon and the space station". Planetary and Space Science. 58 (14–15): 1996–2007. Bibcode:2010P&SS...58.1996M. doi:10.1016/j.pss.2010.09.025. ISSN 0032-0633.
  7. ^ Rainey, Kristine (7 August 2015). "Crew Members Sample Leafy Greens Grown on Space Station". NASA. Retrieved 23 January 2016.
  8. ^ Heiney, Anna (17 February 2017). "Cabbage Patch: Fifth Crop Harvested Aboard Space Station". NASA. Retrieved 11 May 2018.
  9. ^ "The Atlantic Monthly". En.wikisource.org. Retrieved 13 February 2019.
  10. ^ a b Rainey, Kristine (2 March 2015). "Veggie will Expand Fresh Food Production on Space Station". NASA. Retrieved 13 February 2019.
  11. ^ Chamovitz, Daniel (2012). What a plant knows : a field guide to the senses (1st ed.). New York: Scientific American/Farrar, Straus and Giroux. ISBN 978-0-374-28873-0.
  12. ^ Jost, Ann-Iren Kittang; Hoson, Takayuki; Iversen, Tor-Henning (20 January 2015). "The Utilization of Plant Facilities on the International Space Station—The Composition, Growth, and Development of Plant Cell Walls under Microgravity Conditions". Plants. 4 (1): 44–62. doi:10.3390/plants4010044. ISSN 2223-7747. PMC 4844336. PMID 27135317.
  13. ^ Driss-Ecole, Dominique; Legué, Valérie; Carnero-Diaz, Eugénie; Perbal, Gérald (1 September 2008). "Gravisensitivity and automorphogenesis of lentil seedling roots grown on board the International Space Station". Physiologia Plantarum. 134 (1): 191–201. doi:10.1111/j.1399-3054.2008.01121.x. ISSN 1399-3054. PMID 18429941.
  14. ^ "Scientific objectives". Lensesinspace.wordpress.com. 28 March 2014.
  15. ^ European Space Agency (5 July 2016). "A decade of plant biology in space". Phys.org.
  16. ^ "Advanced Plant Experiment - Canadian Space Agency 2 (APEX-CSA2)". NASA.
  17. ^ Rioux, Danny; Lagacé, Marie; Cohen, Luchino Y.; Beaulieu, Jean (1 January 2015). "Variation in stem morphology and movement of amyloplasts in white spruce grown in the weightless environment of the International Space Station". Life Sciences in Space Research. 4: 67–78. Bibcode:2015LSSR....4...67R. doi:10.1016/j.lssr.2015.01.004. PMID 26177622.
  18. ^ Beischer, DE; Fregly, AR (1962). "Animals and man in space. A chronology and annotated bibliography through the year 1960". US Naval School of Aviation Medicine. ONR TR ACR-64 (AD0272581). Retrieved 14 June 2011.
  19. ^ Brian Harvey; Olga Zakutnyaya (2011). Russian Space Probes: Scientific Discoveries and Future Missions. Springer Science & Business Media. p. 315. ISBN 978-1-44198-150-9.
  20. ^ a b "Photo-iss038e000734". NASA. Archived from the original on 21 April 2014. Retrieved 13 February 2019.
  21. ^ "First species of plant to flower in space". Guinness World Records. Retrieved 20 January 2016.
  22. ^ Cowing, Keith (16 January 2016). "No NASA, These Are Not The First Plants To Flower In Space". NASA Watch. Retrieved 20 January 2016.
  23. ^ a b c "0102081 - Plant Growth/Plant Phototropism - Skylab Student Experiment ED-61/62". NASA. Archived from the original on 17 March 2016. Retrieved 13 February 2019.
  24. ^ "SP-401 Skylab, Classroom in Space -- Chapter 5: Embryo Development in Space". NASA History. Retrieved 13 February 2019.
  25. ^ "Vegetable Production System". NASA. Archived from the original on 23 November 2010. Retrieved 13 February 2019.
  26. ^ a b Regan, Rebecca (16 October 2012). "Station Investigation to Test Fresh Food Experience". NASA. Retrieved 23 January 2016.
  27. ^ Kluger, Jeffrey (10 August 2015). "Why Salad in Space Matters". Time.
  28. ^ Bauman, Joe (16 June 2003). "USU Experiment Feeds Astronauts' Minds, Taste Buds". Deseret News. Space Dynamics Laboratory.
  29. ^ "June 17–26 – Diary of a Space Zucchini". Letters to Earth: Astronaut Don Pettit (NASA Blogs). 29 June 2012. Retrieved 20 January 2016.
  30. ^ Kooser, Amanda (18 January 2016). "Behold the first flower to bloom in space, a cheerful zinnia". CNET.
  31. ^ a b c d Herridge, Linda (2 March 2017). "New Plant Habitat Will Increase Harvest on International Space Station". NASA. Retrieved 11 May 2018.
  32. ^ "Zero gravity plant growth experiments delivered to space station". EurekAlert. 18 December 2017. Retrieved 11 May 2018.
  33. ^ a b c d "NASA Space Station On-Orbit Status 6 February 2018 - Celebrating 10 Years of ESA's Columbus Module". SpaceRef. Retrieved 8 February 2018.
  34. ^ "NASA - Veggie PONDS". NASA. Retrieved 13 February 2019.
  35. ^ Vandenbrink, Joshua P.; Herranz, Raul; Medina, F. Javier; Edelmann, Richard E.; Kiss, John Z. (1 December 2016). "A novel blue-light phototropic response is revealed in roots of Arabidopsis thaliana in microgravity". Planta. 244 (6): 1201–1215. doi:10.1007/s00425-016-2581-8. ISSN 1432-2048. PMC 5748516. PMID 27507239.
  36. ^ a b Kovo, Yael (11 May 2017). "Seedling Growth-3 (SpaceX-11)". NASA. Retrieved 26 October 2020.
  37. ^ "To Boldly Grow". UNCG Research Magazine. Retrieved 26 October 2020.
  38. ^ Herridge, Linda (2 December 2020). "Astronauts Harvest First Radish Crop on International Space Station". NASA. Retrieved 6 December 2020.
  39. ^ a b David, Leonard (22 May 2018). "Comsat Launch Bolsters China's Dreams for Landing on the Moon's Far Side". Scientific American. Archived from the original on 29 November 2018.
  40. ^ Tayag, Yasmin (2 January 2019). "China Is About to Land Living Eggs on the Far Side of the Moon". Inverse.
  41. ^ Rincon, Paul (2 January 2019). "Chang'e-4: China mission primed for landing on Moon's far side". BBC News.
  42. ^ a b c d e Zimmerman, Robert (September 2003). "Growing Pains". Air & Space Magazine. Retrieved 13 February 2019.
  43. ^ Griffin, Amanda (17 February 2017). "Cabbage Patch: Fifth Crop Harvested Aboard Space Station". NASA. Retrieved 28 March 2017.
  44. ^ "NASA - A Plant Growth Chamber". NASA. Retrieved 13 February 2019.
  45. ^ Dean, James (29 December 2015). "ISS space flowers may need some help from 'Martian'". Florida Today. Retrieved 19 April 2017.
  46. ^ Smith, Steve (10 August 2015). "'Outredgeous' Red Romaine Lettuce, Grown Aboard The International Space Station, To Be Taste-Tested By Astronauts". Medical Daily. Pulse. Retrieved 19 April 2017.
  47. ^ Salmi, Mari L.; Roux, Stanley J. (1 December 2008). "Gene expression changes induced by space flight in single-cells of the fern Ceratopteris richardii". Planta. 229 (1): 151–159. doi:10.1007/s00425-008-0817-y. PMID 18807069. S2CID 30624362.
  48. ^ "NASA - Advanced Plant Habitat". NASA. Retrieved 13 February 2019.
  49. ^ Phillips, Tony (6 May 2013). "Glow-in-the-Dark Plants on the ISS". NASA Science. Retrieved 13 February 2019.
  50. ^ "Encyclopedia Astronautica Index: 1". Astronautix.com. Retrieved 13 February 2019.
  51. ^ "Plant Signaling (STS-135)". Archived from the original on 16 February 2013.
  52. ^ Shimazu T, Aizawa S (1999). "STS-95 Space Experiments (plants and cell biology)". Biol Sci Space. 13 (1): 25–32. doi:10.2187/bss.13.25. PMID 11542477.
  53. ^ NASA's New Space 'Botanist' Arrives at Launch Site. NASA. 17 April 2018.
  54. ^ ECOSTRESS - Home web site at NASA.
  55. ^ "Environmental Response and Utilization of Mosses in Space – Space Moss". NASA. Retrieved 25 July 2019.


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