Wetenschappers sturen cannabiszaden de ruimte in

Op maandag 23 juni , kort na 21:00 uur UTC, zullen honderden zaden, schimmels, algen en menselijke DNA-monsters, waarvan vele nog nooit eerder in de ruimte zijn gezien, hun eerste reis maken aan boord van een SpaceX Falcon 9-raket.

De missie, die gelanceerd wordt vanaf Vandenberg Space Force Base in Californië, hoopt de eerste te zijn die plantenweefsels en zaden naar een lage baan om de aarde en terug stuurt. Zo kunnen wetenschappers bestuderen hoe biologische systemen worden beïnvloed door de extreme stralingsniveaus hoog boven de polen van de aarde. De onderzoekers hopen dat de informatie die ze verzamelen, ruimtevaarders in de toekomst kan helpen bij het verbouwen van gewassen op andere planeten.

De monsters zullen reizen in een kleine biologische incubator genaamd MayaSat-1, ontwikkeld door het Genoplant Research Institute , een Sloveens ruimtevaartbedrijf dat gespecialiseerd is in biologisch onderzoek in de ruimte. Op een hoogte van meer dan 500 kilometer zal de incubator, gehuisvest in een grotere capsule, zones nabij de Noord- en Zuidpool doorkruisen waar de concentraties van geladen deeltjes die door de zon worden uitgezonden hoog zijn vanwege het magnetische veld van de aarde. Wanneer de capsule deze gebieden passeert, zal hij worden blootgesteld aan tot wel 100 keer meer straling dan objecten die op vergelijkbare hoogte rond de evenaar cirkelen, zoals het International Space Station (ISS). De capsule zal drie keer om de aarde draaien, in een missie van ongeveer drie uur, voordat hij terugkeert in de atmosfeer en een plonslanding maakt in de Stille Oceaan. Als alles volgens plan verloopt, zal de incubator worden opgehaald op een locatie ongeveer negen uur uit de kust van Hawaï en terug worden verscheept naar Europa, waar de echte verkenning zal beginnen.

Onder de deelnemers aan het onderzoek met monsters aan boord van de missie bevindt zich Božidar Radišič, die de lancering livestream nauwlettend zal volgen vanuit zijn kantoor bij het Research Nature Institute in Slovenië. Het Martian Grow-project , onder leiding van Radišič en zijn team, stuurt ongeveer 150 cannabiszaden de ruimte in met MayaSat-1 om hun veerkracht te testen en mogelijk hun evolutie te versnellen. Het is echter geen gimmick, of een zoektocht naar een buitenaardse high.

Radišič heeft een groot deel van zijn werkzame leven gewijd aan de studie van de cannabisplant en gelooft dat deze plant bij uitstek geschikt is voor ruimtelandbouw. ​​De plant groeit snel, past zich goed aan en wordt al duizenden jaren als landbouwgewas gebruikt. Volgens Radišič is dit een ideale kandidaat als we ooit leven op Mars willen kweken. "Vroeg of laat zullen we maanbases hebben, en cannabis is met zijn veelzijdigheid de ideale plant om die projecten te ondersteunen", vertelt hij aan WIRED. "Het kan een bron zijn van voedsel, eiwitten, bouwmaterialen, textiel, hennep, plastic en medicijnen. Ik denk niet dat veel andere planten ons al deze eigenschappen kunnen bieden."

Cannabis Sativa L. staat vooral bekend om de productie van de cannabinoïden THC en CBD en bevat honderden verschillende verbindingen, waarvan er veel nog in ontwikkeling zijn en waarvan we de effecten nog niet volledig begrijpen. Wat we wel weten, is dat het een veerkrachtige plant is die goed bestand is tegen stressfactoren zoals uv-licht en straling (zoals gammastraling), die worden gebruikt bij de teelt hier op aarde. De plant groeit ook in klimaten van de hooglanden van Tibet tot de jungle van Zuidoost-Azië en de woestijnen van Afghanistan en kan onder gecontroleerde omstandigheden worden gekweekt.

Gary Yates, plantenonderzoeker en hoofd teelt bij Hilltop Leaf, een productiefaciliteit voor medicinale cannabis in het Verenigd Koninkrijk, is het ermee eens dat de veelzijdigheid van cannabis het een "belangrijke kandidaat" maakt voor een ruimtegewas. "Zijn winterhardheid maakt hem perfect voor extreme omstandigheden", vertelt hij aan WIRED. "Hij heeft een grote veerkracht getoond en kan op onverwachte plekken groeien. Hij heeft niet al te veel water nodig, staat erom bekend goed te gedijen in voedingsarme grond en heeft aangetoond potentieel te hebben voor fytoremediatie , voor het verwijderen van gifstoffen en zware metalen uit de grond."

Eerder onderzoek heeft aangetoond hoe omstandigheden in de ruimte, zoals microzwaartekracht en straling, de genetica van planten kunnen beïnvloeden – en voor Radišič is dit de belangrijkste reden om die cannabiszaden de ruimte in te sturen. "Het doel is om te onderzoeken hoe, en of, kosmische omstandigheden de genetica van cannabis beïnvloeden, en daar komen we misschien pas over een paar generaties achter", zegt hij.

Volgens D. Marshall Porterfield, hoogleraar landbouwkunde en biologische technologie aan Purdue University, die al tientallen jaren de plantengroei in de ruimte bestudeert, is de impact van blootstelling aan straling op biologisch materiaal tijdens ruimtevluchten "goed begrepen" door eerdere studies. "Het veroorzaakt willekeurige mutaties. Sommige van die mutaties kunnen genen aan het licht brengen, ze kunnen genen uitschakelen, ze kunnen genen uitschakelen, ze kunnen hele signaalroutes verstoren", legt hij uit. "Als gevolg daarvan krijg je variabele reacties in het biologische materiaal die kunnen leiden tot nieuwe genetisch gestabiliseerde mutaties die vervolgens kunnen worden geïdentificeerd en afgeleid."

Radišič is niet de eerste die zich afvraagt ​​wat de effecten van ruimtereizen op cannabis zijn. Een onderzoeksteam, waaronder een groep van de Universiteit van Colorado in Boulder, stuurde in 2019 cannabisweefselculturen naar het ISS. Er is echter nog niets gepubliceerd over de impact van blootstelling aan kosmische straling en microzwaartekracht op de cannabisplant.

Hij is ook niet de enige onderzoeker die planten blootstelt aan hogere stralingsniveaus dan eerder onderzocht. Porterfield, een van de wetenschappers die meewerkt aan NASA's LEAF-missie – een experiment voor de groei van maanplanten dat in 2027 met Artemis III naar de maan gaat – zegt dat we "bijna niets" weten over de impact van blootstelling aan straling buiten een lage baan om de aarde. Het begrijpen van de invloed van variabiliteit in straling op planten zal een "cruciaal aandachtspunt" zijn van de LEAF-missie.

"We zitten al 30 jaar vast in een lagere baan om de aarde en hebben nog niet veel vooruitgang geboekt met het fundamentele onderzoek dat we nodig hebben om de diepe ruimte in te gaan, waar we galactische kosmische straling vinden", zegt hij. "Er kunnen onverwachte reacties komen van deze variabele stralingsbron. De reacties van planten op deze stralingsproblemen zullen belangrijk zijn voor toekomstige landbouwsystemen op de maan."

Zodra MayaSat-1 terug is, zullen Radišič en zijn team de komende twee jaar samenwerken met de Faculteit Gezondheidswetenschappen van de Universiteit van Ljubljana in Slovenië om generaties klonen te kweken uit de ruimtezaden. Ze zullen genetische veranderingen en plantaanpassingen bestuderen, waaronder "veranderingen in cannabinoïdeprofielen" – hoeveel CBD, THC en andere stoffen de planten ontwikkelen. De tweede fase van hun onderzoek omvat het simuleren van de bodemomstandigheden op Mars en het kweken van planten in gecontroleerde omgevingen met lage zwaartekracht op aarde.

Lumír Ondřej Hanuš, chemicus aan de Palacký Universiteit Olomouc in Tsjechië en de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem, bestudeert de cannabisplant al sinds de jaren 70. Als onderzoeksadviseur bij het project gelooft hij dat er "veel mogelijkheden" zijn voor wetenschappelijk onderzoek zodra de zaden zijn teruggekeerd.

Naast mogelijke genetische en epigenetische veranderingen zal het Martian Grow-team ook zoeken naar structurele en fysiologische veranderingen, zoals verschillen in bladgrootte, chlorofylgehalte, wortelarchitectuur, fotosynthesesnelheid en waterverbruik. Ze zullen onderzoeken wat er gebeurt nadat de plant is blootgesteld aan stressfactoren zoals ziekten, en de activiteit van enzymhormonen en secundaire metabolieten analyseren, wat kan leiden tot de identificatie van nieuwe verbindingen.

"Of er nu veranderingen komen of niet, beide resultaten zullen belangrijk zijn voor de toekomst. We weten nu hoe we cannabis in de ruimte kunnen kweken", voegt Radišič toe.

We zijn echter nog ver verwijderd van het daadwerkelijk kweken van cannabis op Mars, of welke plant dan ook. Microzwaartekracht, extreme temperaturen, gebrek aan voedingsstoffen en gifstoffen in de bodem zorgen niet voor gunstige omstandigheden voor de teelt.

"We zullen ons moeten aanpassen aan de omgeving op Mars en onze planten langzaam moeten aanpassen om te kunnen overleven", zegt Petra Knaus, CEO van Genoplant. "Voorlopig denken we dat het alleen mogelijk zal zijn [om planten te kweken] in een gesloten systeemcontainer met aangepaste omstandigheden." Voor toekomstige missies ontwikkelt Genoplant een nieuwe ruimtecapsule in dit kader, waarvan de eerste terugkeertest gepland staat voor 2027. Deze capsule stelt onderzoekers in staat zaden in de ruimte te kweken en ze jarenlang te monitoren.

Hoewel cannabis potentieel een supergewas voor het ruimtetijdperk zou kunnen zijn, wordt het op aarde nog steeds voornamelijk gezien als een recreatieve drug (zij het een die veel gebruikt wordt voor medicinale doeleinden), waardoor toezichthouders en onderzoekers het wetenschappelijke potentieel ervan niet volledig kunnen erkennen. Hanuš is optimistisch dat de bevindingen van het project, hoe ze er ook uitzien, een deel van dit stigma kunnen wegnemen en de wetenschappelijke acceptatie ervan kunnen versnellen.

"Als er interessante resultaten worden gepubliceerd, zou dat ons begrip van cannabis kunnen versnellen", zegt hij. "Het is een zeer belangrijke plant, die volgens mij een grote toekomst heeft als de mensheid ooit de ruimte in trekt en leven op een andere planeet stichten."