In den 2010er Jahren gab es einen erhöhten Wunsch nach langfristigen Weltraummissionen, die zu einem Wunsch nach weltraumgestützter Pflanzenproduktion als Nahrung für Astronauten führten. Ein Beispiel dafür ist die Gemüseproduktion auf der Internationalen Raumstation in der Erdumlaufbahn. Bis zum Jahr 2010 wurden 20 Pflanzenwachstumsexperimente an Bord der Internationalen Raumstation durchgeführt.
Mehrere Experimente konzentrierten sich darauf, wie Pflanzenwachstum und -verteilung unter Mikrogravitation, Weltraumbedingungen und Erdbedingungen verglichen werden. Auf diese Weise können Wissenschaftler untersuchen, ob bestimmte Pflanzenwachstumsmuster angeboren oder umweltbedingt sind. Zum Beispiel testete Allan H. Brown 1983 Sämlingsbewegungen an Bord der Raumfähre Columbia. Sonnenblumenkeimlingsbewegungen wurden im Orbit aufgezeichnet. Sie beobachteten, dass die Sämlinge trotz mangelnder Schwerkraft immer noch Rotationswachstum und Umrundung erlebten, was zeigte, dass diese Verhaltensweisen instinktiv sind.
Andere Experimente haben gezeigt, dass Pflanzen die Fähigkeit haben, Gravitropismus zu zeigen, selbst unter Bedingungen geringer Schwerkraft. Zum Beispiel ermöglicht das europäische Modulare Kultivierungssystem der ESA Experimente mit Pflanzenwachstum; Als Miniatur-Gewächshaus können Wissenschaftler an Bord der Internationalen Raumstation untersuchen, wie Pflanzen unter Bedingungen mit variabler Schwerkraft reagieren.Das Gravi-1-Experiment (2008) nutzte das EMCS, um das Wachstum von Linsensämlingen und die Bewegung von Amyloplasten auf den kalziumabhängigen Wegen zu untersuchen. Die Ergebnisse dieses Experiments zeigten, dass die Pflanzen in der Lage waren, die Richtung der Schwerkraft auch auf sehr niedrigen Ebenen zu erfassen. Ein späteres Experiment mit dem EMCS platzierte 768 Linsensämlinge in einer Zentrifuge, um verschiedene Gravitationsänderungen zu stimulieren; Dieses Experiment, Gravi-2 (2014), zeigte, dass Pflanzen die Kalziumsignalisierung in Richtung Wurzelwachstum ändern, während sie in mehreren Gravitationsebenen wachsen.
Viele Experimente verfolgen einen allgemeineren Ansatz bei der Beobachtung der gesamten Pflanzenwachstumsmuster im Gegensatz zu einem bestimmten Wachstumsverhalten. Ein solches Experiment der Canadian Space Agency ergab zum Beispiel, dass Weißfichtensämlinge in der Antigravitations-Weltraumumgebung im Vergleich zu erdgebundenen Sämlingen unterschiedlich wuchsen; Die Weltraumsämlinge zeigten ein verstärktes Wachstum von den Trieben und Nadeln und hatten auch eine randomisierte Amyloplastenverteilung im Vergleich zur erdgebundenen Kontrollgruppe.
Frühe Bemühungen
Die ersten Organismen im Weltraum waren „speziell entwickelte Saatgutstämme“, die am 9. Juli 1946 mit einer von den USA gestarteten V-2-Rakete auf 134 km (83 Meilen) gestartet wurden. Diese Proben wurden nicht gewonnen. Die ersten Samen, die in den Weltraum gebracht und erfolgreich geborgen wurden, waren Maissamen, die am 30. Juli 1946 gestartet wurden. Bald folgten Roggen und Baumwolle. Diese frühen suborbitalen biologischen Experimente wurden von der Harvard University und dem Naval Research Laboratory durchgeführt und befassten sich mit der Strahlenbelastung von lebendem Gewebe. Im Jahr 1971 wurden 500 Baumsamen (Loblolly Pine, Sycamore, Sweetgum, Redwood und Douglas Fir) auf Apollo 14 um den Mond geflogen. Diese Mondbäume wurden mit Kontrollen auf der Erde gepflanzt und gezüchtet, wo keine Veränderungen festgestellt wurden.
Space station eraEdit
1982 führte die Besatzung der sowjetischen Raumstation Salyut 7 ein Experiment durch, das von litauischen Wissenschaftlern (Alfonsas Merkys und anderen) vorbereitet wurde, und züchtete einige Arabidopsis mit experimentellen Mikrogewächshausgeräten von Fiton-3, wodurch sie die ersten Pflanzen wurden, die produzieren Sie Samen im Weltraum. Ein Skylab-Experiment untersuchte die Auswirkungen von Schwerkraft und Licht auf Reispflanzen. Das SVET-2-Weltraumgewächshaus erreichte 1997 an Bord der Raumstation Mir erfolgreich das Wachstum von Samen zu Samen. Bion 5 trug Daucus carota und Bion 7 trug Mais (auch bekannt als Mais).
Die Pflanzenforschung wurde auf der Internationalen Raumstation fortgesetzt. Das Biomasseproduktionssystem wurde auf der ISS Expedition 4 eingesetzt. Das Vegetable Production System (Veggie) -System wurde später an Bord der ISS eingesetzt. Zu den Pflanzen, die vor dem Start in den Weltraum in Veggie getestet wurden, gehörten Salat, Mangold, Radieschen, Chinakohl und Erbsen. Roter Römersalat wurde im Weltraum auf Expedition 40 angebaut, die im reifen Zustand geerntet, eingefroren und auf der Erde getestet wurden. Expedition 44-Mitglieder waren die ersten amerikanischen Astronauten, die am 10.August 2015 Pflanzen aus dem Weltraum aßen, als ihre Ernte der Roten Römerei geerntet wurde. Seit 2003 essen russische Kosmonauten die Hälfte ihrer Ernte, während die andere Hälfte in die weitere Forschung fließt. Im Jahr 2012 blühte eine Sonnenblume an Bord der ISS unter der Obhut des NASA-Astronauten Donald Pettit. Im Januar 2016 gaben US-Astronauten bekannt, dass an Bord der ISS eine Zinnie geblüht habe.
Im Jahr 2017 wurde der Advanced Plant Habitat für die ISS entwickelt, ein nahezu autarkes Pflanzenwachstumssystem für diese Raumstation in einer niedrigen Erdumlaufbahn. Das System wird parallel zu einem anderen Pflanzensystem an Bord der Station, VEGGIE, installiert, und ein wesentlicher Unterschied zu diesem System besteht darin, dass APH so konzipiert ist, dass es weniger Wartung durch den Menschen benötigt. APH wird vom Plant Habitat Avionics Real-Time Manager unterstützt. Einige Pflanzen, die in APH getestet werden sollten, umfassen Zwergweizen und Arabidopsis. Im Dezember 2017 wurden Hunderte von Samen für das Wachstum im VEGGIE-System an ISS geliefert.
2018 wurde das Veggie-3-Experiment auf der ISS mit Pflanzenkissen und Wurzelmatten getestet. Eines der Ziele ist es, Lebensmittel für den menschlichen Verzehr anzubauen. Zu den zu diesem Zeitpunkt getesteten Kulturen gehören Kohl, Salat und Mizuna. Im Jahr 2018 wurde das neue System zur Nährstoffversorgung in der Schwerelosigkeit getestet.
Im Dezember 2018 startete das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt den Satelliten EuCROPIS in eine erdnahe Umlaufbahn. Diese Mission trägt zwei Gewächshäuser, in denen Tomaten unter simulierter Schwerkraft zuerst des Mondes und dann des Mars (jeweils 6 Monate) unter Verwendung von Nebenprodukten menschlicher Präsenz im Weltraum als Nährstoffquelle angebaut werden sollen.
Die Versuchsreihe Sämlingswachstum zur Untersuchung der Mechanismen von Tropismen und der Zelle/des Zyklus wurde zwischen 2013 und 2017 auf der ISS durchgeführt. Diese Experimente beinhalteten auch die Verwendung der Modellpflanze Arabidopsis thaliana und waren eine Zusammenarbeit zwischen der NASA (John Z. Kiss als PI) und der ESA (F. Javier Medina als PI).
Am 30. November 2020 sammelten Astronauten an Bord der ISS die erste Ernte von Radieschen, die auf der Station angebaut wurden. Insgesamt wurden 20 Pflanzen gesammelt und für den Transport zurück zur Erde vorbereitet. Derzeit ist geplant, das Experiment zu wiederholen und eine zweite Charge anzubauen.
Mondoberfläche – ab 2019bearbeiten
Der Mondlander Chang’e 4 trug im Januar 2019 eine 3 kg (6,6 lb) versiegelte „Biosphäre“ mit Samen und Insekteneiern, um zu testen, ob Pflanzen und Insekten in Synergie schlüpfen und zusammenwachsen könnten. Das Experiment umfasste Samen von Kartoffeln, Tomaten und Arabidopsis thaliana (eine blühende Pflanze) sowie Seidenraupeneier. Dies waren die ersten Pflanzen, die auf dem Mond gezüchtet wurden. Umweltsysteme halten den Container gastfreundlich und erdähnlich, mit Ausnahme der geringen Mondgravitation. Wenn die Eier schlüpfen, würden die Larven Kohlendioxid produzieren, während die gekeimten Pflanzen Sauerstoff durch Photosynthese freisetzen würden. Es ist zu hoffen, dass die Pflanzen und Seidenraupen zusammen eine einfache Synergie innerhalb des Behälters herstellen können. Eine Miniaturkamera fotografiert jedes Wachstum. Das biologische Experiment wurde von 28 chinesischen Universitäten entworfen.