Ученые отправляют семена конопли в космос

В понедельник, 23 июня , вскоре после 21:00 по всемирному координированному времени сотни семян, грибов, водорослей и образцов человеческой ДНК, многие из которых никогда ранее не подвергались воздействию космоса, совершат свой первый полет на борту ракеты SpaceX Falcon 9.

Запускаемая с Космической военной базы Ванденберг в Калифорнии, миссия надеется стать первой, которая отправит растительные ткани и семена на полярную низкую околоземную орбиту и обратно, чтобы позволить ученым изучить, как биологические системы подвергаются воздействию высоких уровней радиации, обнаруженных высоко над полюсами Земли. Исследователи надеются, что собранная ими информация однажды поможет космическим путешественникам выращивать урожай на других планетах.

Образцы будут путешествовать в небольшом биологическом инкубаторе MayaSat-1, разработанном Genoplant Research Institute , словенской аэрокосмической компанией, специализирующейся на космических биологических исследованиях. На высоте более 500 километров инкубатор, размещенный внутри более крупной капсулы, пересечет зоны вблизи Северного и Южного полюсов, где концентрации заряженных частиц, испускаемых солнцем, высоки из-за магнитного поля Земли. Когда он будет проходить через эти регионы, он будет подвергаться воздействию в 100 раз большего излучения, чем объекты, вращающиеся на аналогичных высотах вокруг экватора, такие как Международная космическая станция (МКС). Капсула облетит Землю три раза за миссию продолжительностью около трех часов, прежде чем снова войдет в атмосферу и приземлится в Тихом океане. Если все пойдет по плану, инкубатор будет собран в месте примерно в девяти часах полета от побережья Гавайев и отправлен обратно в Европу, где и начнется настоящее исследование.

Среди нескольких участников исследования с образцами на борту миссии — Божидар Радишич, который будет внимательно следить за запуском в прямом эфире из своего офиса в Научно-исследовательском институте природы в Словении. Проект Martian Grow , возглавляемый Радишичем и его командой, отправляет около 150 семян конопли в космос на MayaSat-1, чтобы проверить их устойчивость и потенциально ускорить их эволюцию. Однако это не трюк и не поиск потустороннего кайфа.

Посвятив большую часть своей трудовой жизни изучению растения каннабис, Радишич считает, что оно уникально подходит для космического сельского хозяйства. Оно быстро растет, хорошо адаптируется и является сельскохозяйственной культурой на протяжении тысяч лет. По словам Радишича, если в какой-то момент мы захотим вырастить жизнь на Марсе, это делает его идеальным кандидатом. «Рано или поздно у нас будут лунные базы, и каннабис, с его универсальностью, является идеальным растением для обеспечения этих проектов», — сказал он WIRED. «Оно может быть источником пищи, белка, строительных материалов, текстиля, конопли, пластика и лекарств. Я не думаю, что многие другие растения дают нам все это».

Cannabis Sativa L., наиболее известная производством каннабиноидов ТГК и КБД, содержит сотни различных соединений, многие из которых все еще открываются и эффекты которых мы не до конца понимаем. Что мы знаем, так это то, что это устойчивое растение, хорошо справляющееся со стрессорами, такими как ультрафиолетовый свет и радиация (например, гамма-лучи), которые используются для его выращивания здесь, на Земле. Она также произрастала в климатических условиях от высокогорий Тибета до джунглей Юго-Восточной Азии и пустынь Афганистана и может выращиваться в контролируемых условиях.

Гари Йейтс, исследователь растений и руководитель отдела выращивания в Hilltop Leaf, на предприятии по производству медицинской марихуаны в Великобритании, согласен с тем, что универсальность каннабиса делает его «ведущим претендентом» на роль космической культуры. «Его выносливость делает его идеальным для экстремальных условий», — рассказал он WIRED. «Он показал большую устойчивость и может расти в неожиданных местах. Он не требует слишком много воды, известен тем, что процветает на почве с низким содержанием питательных веществ и продемонстрировал потенциал фиторемедиации для удаления токсинов и тяжелых металлов из почвы».

Предыдущие исследования выявили, как условия в космосе, такие как микрогравитация и радиация, могут влиять на генетику растений, и для Радишича это главная причина отправить семена каннабиса на орбиту. «Суть в том, чтобы изучить, как космические условия влияют на генетику каннабиса, и влияют ли они вообще, и мы можем узнать это только через несколько поколений», — говорит он.

По словам Д. Маршалла Портерфилда, профессора сельскохозяйственной и биологической инженерии в Университете Пердью, который изучал рост растений в космосе в течение нескольких десятилетий, воздействие радиационного облучения на биологические материалы во время космического полета «хорошо изучено» благодаря предыдущим исследованиям. «Оно случайным образом вызывает мутации. Некоторые из этих мутаций могут включать гены, они могут выключать гены, они могут выключать гены, они могут нарушать целые сигнальные пути», — объясняет он. «В результате вы получаете различные реакции в биологических материалах, которые могут привести к новым генетически стабилизированным мутациям, которые затем можно будет идентифицировать и вывести».

Радишич не первый, кто задается вопросом о влиянии космических путешествий на каннабис. Совместная исследовательская группа, включающая группу из Университета Колорадо в Боулдере, отправила культуры тканей каннабиса на МКС в 2019 году. Однако ничего не было опубликовано о том, как воздействие космической радиации и микрогравитации влияет на растение каннабис.

Он также не единственный исследователь, работающий над тем, чтобы подвергать растения более высоким уровням радиации, чем изучалось ранее. Портерфилд, который является одним из ученых, работающих над миссией LEAF НАСА — экспериментом по выращиванию растений на Луне, который будет отправлен на Луну с Artemis III в 2027 году, — говорит, что мы «почти ничего» не знаем о влиянии радиационного воздействия за пределами низкой околоземной орбиты. Понимание того, как изменчивость радиации влияет на растения, станет «критическим фокусом» миссии LEAF.

«Мы были заперты на низкой орбите в течение последних 30 лет и не продвинулись в фундаментальных исследованиях, которые нам нужны для того, чтобы отправиться в глубокий космос, где вы найдете галактическую космическую радиацию», — говорит он. «Могут быть некоторые неожиданные реакции от этого переменного источника радиации. Реакция растений на эти проблемы с радиацией будет важна для будущих сельскохозяйственных систем на Луне».

После возвращения MayaSat-1 в течение следующих двух лет Радишич и его команда будут работать с факультетом медицинских наук в Университете Любляны в Словении, чтобы вывести поколения клонов из космических семян для изучения генетических изменений и адаптации растений, включая «изменения в профилях каннабиноидов» — сколько КБД, ТГК и других соединений вырабатывают растения. Вторая фаза их исследования будет включать моделирование условий марсианской почвы и выращивание растений в контролируемых условиях низкой гравитации на Земле.

Лумир Ондржей Гануш, химик из Университета Палацкого в Оломоуце в Чехии и Еврейского университета в Иерусалиме, изучает растение каннабис с 1970-х годов. Научный руководитель проекта, он считает, что есть «много возможностей» для научного исследования, как только семена будут возвращены.

Помимо потенциальных генетических и эпигенетических изменений, команда Martian Grow будет искать структурные и физиологические изменения, такие как различия в размере листьев, содержании хлорофилла, архитектуре корней, скорости фотосинтеза и использовании воды. Они изучат, что происходит после того, как растение подвергается воздействию стрессоров, таких как болезнь, и проанализируют активность ферментных гормонов и вторичных метаболитов, что может привести к выявлению новых соединений.

«Независимо от того, произойдут ли изменения или нет, оба результата будут важны для будущего, поэтому мы знаем, как выращивать каннабис в космической среде», — добавляет Радишич.

Однако нам все еще далеко до выращивания каннабиса на Марсе, как и любого другого растения. Микрогравитация, экстремальные температуры, недостаток питательных веществ и токсины в почве не создают благоприятных условий для выращивания.

«Нам придется адаптироваться к окружающей среде на Марсе и постепенно адаптировать наши растения, чтобы они выжили», — говорит Петра Кнаус, генеральный директор Genoplant. «На данный момент мы считаем, что [выращивать растения] можно будет только в закрытом системном контейнере с адаптированными условиями». Для будущих миссий Genoplant разрабатывает новую космическую капсулу в этом ключе, первое испытание по возвращению в атмосферу которой запланировано на 2027 год, что позволит исследователям выращивать семена в космосе и следить за ними в течение нескольких лет.

Хотя каннабис потенциально может стать суперкультурой для космической эры, на Земле его по-прежнему в основном считают рекреационным наркотиком (хотя и широко используемым в медицинских целях), что не позволяет регулирующим органам и исследователям полностью признать его научный потенциал. Хануш оптимистично настроен относительно того, что результаты проекта, какими бы они ни были, могут развеять часть этой стигмы и ускорить его научное признание.

«Если будут опубликованы интересные результаты, это может ускорить наше понимание каннабиса», — говорит он. «Это очень важное растение, у которого, я думаю, большое будущее, если человечество когда-нибудь выйдет в космос и начнет жизнь на другой планете».