Bildkredit: NASA
Förvirrad? Då är du precis som växter i ett växthus på Mars.
Inga växthus finns där ännu, naturligtvis. Men långsiktiga upptäcktsresande, på Mars eller månen, kommer att behöva odla växter: för mat, för återvinning, för att fylla på luften. Och växter kommer inte att förstå den jordnära miljön alls. Det är inte vad de utvecklade för och det är inte vad de förväntar sig.
Men på vissa sätt, visar det sig, de kommer förmodligen att gilla det bättre! Vissa delar av det, ändå.
"När du kommer till idén att odla växter på månen eller på Mars," förklarar molekylärbiologen Rob Ferl, chef för rymdbrukets bioteknikforskning och -utbildning vid University of Florida, "måste du ta hänsyn till idén att växa växter i så reducerat atmosfärstryck som möjligt. ”
Det finns två skäl. Först hjälper det att minska vikten på de förnödenheter som måste lyftas från jorden. Även luft har massa.
För det andra måste växthus- och månväxthusarna hålla sig kvar på platser där atmosfärstrycket i bästa fall är mindre än en procent av jordens normala. Dessa växthus är lättare att konstruera och använda om deras inre tryck också är mycket lågt - kanske bara en sextonde av jordens normala.
Problemet är att växter måste arbeta hårt för att överleva i sådana extremt låga tryck. "Kom ihåg att växter inte har någon evolutionsförutsättning för hypobaria," säger Ferl. Det finns ingen anledning för dem att ha lärt sig tolka de biokemiska signaler som induceras av lågt tryck. Och de gör det inte. De tolkar dem felaktigt.
Lågtryck får växter att agera som om de torkar ut.
I de senaste experimenten, stödd av NASA: s kontor för biologisk och fysisk forskning, exponerade Ferls grupp unga växande växter för tryck från en tiondel av jorden som är normal i cirka tjugofyra timmar. I en sådan lågtrycksmiljö dras vatten mycket snabbt ut genom bladen och därför behövs extra vatten för att fylla på det.
Men, säger Ferl, växterna fick allt vatten de behövde. Till och med den relativa luftfuktigheten hölls på nästan 100 procent. Ändå aktiverades växternas gener som kände torka fortfarande. Uppenbarligen, säger Ferl, tolkade växterna den accelererade vattenrörelsen som torkstress, även om det inte fanns någon torka alls.
Det är dåligt. Växter slösar bort sina resurser om de spenderar dem för att försöka hantera ett problem som inte ens finns där. Till exempel kan de stänga ner sin stomata - de små hålen i deras blad från vilka vatten rinner ut. Eller så kan de tappa sina blad helt. Men dessa svar är inte nödvändigtvis lämpliga.
Lyckligtvis, när växternas svar förstås, kan forskare justera dem. "Vi kan göra biokemiska förändringar som ändrar hormonnivån," säger Ferl. "Vi kan öka eller minska dem för att påverka växternas respons på dess miljö."
Och spännande, studier har funnit fördelar för en lågtrycksmiljö. Mekanismen är i stort sett densamma som den som orsakar problemen, förklarar Ferl. Vid lågt tryck spolas inte bara vatten utan också växthormoner från växten snabbare. Så till exempel ett hormon som får växter att dö i ålderdom kan flytta genom organismen innan det träder i kraft.
Astronauter är inte de enda som kommer att dra nytta av denna forskning. Genom att reglera lufttrycket, till exempel i ett jordväxthus eller en förvaringsfack, kan det vara möjligt att påverka vissa växtbeteenden. Om du till exempel lagrar frukt vid lågt tryck håller den mycket längre. Det är på grund av snabb eliminering av hormonet eten, vilket får frukt att mogna och sedan ruttna. Jordbruksprodukter som lastbilar från en kust till den andra i lågtrycksbehållare kan komma till stormarknaderna så färska som om de hade valts den dagen.
Mycket arbete återstår att göra. Ferls team tittade på hur växter reagerar på en kort period med lågt tryck. Det är fortfarande att bestämma hur växter reagerar på att spendera längre tid - som hela livet - under hypobariska förhållanden. Ferl hoppas också kunna undersöka växter med ett större antal tryck. Det finns hela sviter av gener som aktiveras vid olika tryck, säger han, och detta antyder ett överraskande komplext svar på lågtrycksmiljöer.
För att lära sig mer om detta genetiska svar är Ferls grupp bioingenjörsanläggningar vars gener lyser grönt när de aktiveras. Dessutom använder de DNA-mikrochipteknologi för att undersöka så många som tjugotusen gener i taget i växter utsatta för lågt tryck.
Växter kommer att spela en utomordentligt viktig roll för att låta människor utforska destinationer som Mars och månen. De kommer att ge mat, syre och till och med lycka till astronauter långt hemifrån. För att kunna utnyttja växter utanför jorden på bästa sätt, ”måste vi förstå gränserna för att odla dem vid lågt tryck,” säger Ferl. "Och då måste vi förstå varför dessa gränser finns."
Ferls grupp gör framsteg. "Den spännande delen av detta är att vi börjar förstå vad som krävs för att verkligen använda växter i våra livsstödssystem." När det är dags att besöka Mars kanske växter i växthuset troligen inte är så förvirrade.
Originalkälla: NASA Science News
