Naukowcy wysyłają nasiona konopi w kosmos

W poniedziałek 23 czerwca , krótko po godzinie 21:00 UTC, setki nasion, grzybów, alg i próbek ludzkiego DNA, z których wiele nigdy wcześniej nie było wystawionych na działanie kosmosu, wyruszą w swój pierwszy lot na pokładzie rakiety Falcon 9 firmy SpaceX.

Misja , której start zaplanowano z Vandenberg Space Force Base w Kalifornii, ma być pierwszą, która wyśle ​​tkanki roślinne i nasiona na niską orbitę polarną Ziemi i z powrotem, aby umożliwić naukowcom zbadanie wpływu ekstremalnych poziomów promieniowania występujących wysoko nad biegunami Ziemi na systemy biologiczne. Naukowcy mają nadzieję, że uzyskane przez nich informacje pewnego dnia pomogą astronautom uprawiać rośliny na innych planetach.

Próbki będą podróżować w małym biologicznym inkubatorze o nazwie MayaSat-1, opracowanym przez Genoplant Research Institute , słoweńską firmę lotniczo-kosmiczną specjalizującą się w badaniach biologicznych w kosmosie. Na wysokości ponad 500 kilometrów inkubator, umieszczony w większej kapsule, będzie przekraczał strefy w pobliżu biegunów północnego i południowego, gdzie koncentracje naładowanych cząstek emitowanych przez słońce są wysokie ze względu na pole magnetyczne Ziemi. Kiedy będzie przelatywał przez te regiony, będzie narażony na do 100 razy więcej promieniowania niż obiekty krążące na podobnych wysokościach wokół równika, takie jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS). Kapsuła okrąży Ziemię trzy razy, podczas misji trwającej około trzech godzin, przed ponownym wejściem w atmosferę i rozbiciem się na Oceanie Spokojnym. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, inkubator zostanie odebrany z miejsca oddalonego o około dziewięć godzin od wybrzeży Hawajów i odesłany do Europy, gdzie rozpocznie się prawdziwa eksploracja.

Wśród kilku uczestników badań z próbkami na pokładzie misji jest Božidar Radišič, który będzie uważnie śledził transmisję na żywo ze swojego biura w Research Nature Institute w Słowenii. Projekt Martian Grow , kierowany przez Radišiča i jego zespół, wysyła około 150 nasion konopi w kosmos w MayaSat-1, aby przetestować ich odporność i potencjalnie przyspieszyć ich ewolucję. Nie jest to jednak sztuczka ani poszukiwanie nieziemskiego haju.

Radišič, który poświęcił większość swojego życia zawodowego na badanie rośliny konopi, uważa, że ​​jest ona wyjątkowo kwalifikowana do rolnictwa kosmicznego. Rośnie szybko, dobrze się adaptuje i jest uprawą rolną od tysięcy lat. Według Radišiča, jeśli w pewnym momencie będziemy chcieli uprawiać życie na Marsie, to czyni ją to idealnym kandydatem. „Wcześniej czy później będziemy mieć bazy księżycowe, a konopie, ze swoją wszechstronnością, są idealną rośliną do zaopatrywania tych projektów” — mówi WIRED. „Może być źródłem pożywienia, białka, materiałów budowlanych, tekstyliów, konopi, plastiku i leków. Nie sądzę, aby wiele innych roślin dawało nam wszystkie te rzeczy”.

Cannabis Sativa L., najbardziej znany z produkcji kannabinoidów THC i CBD, zawiera setki różnych związków, z których wiele jest wciąż odkrywanych i których efektów nie rozumiemy w pełni. Wiemy, że jest to odporna roślina, dobrze radząca sobie ze stresorami, takimi jak światło UV i promieniowanie (takie jak promienie gamma), które są wykorzystywane do wspomagania jej uprawy tutaj na Ziemi. Rośnie również w klimatach od wyżyn Tybetu po dżungle Azji Południowo-Wschodniej i pustynie Afganistanu i może być uprawiana w kontrolowanych warunkach.

Gary Yates, badacz roślin i szef uprawy w Hilltop Leaf, zakładzie produkującym medyczną marihuanę w Wielkiej Brytanii, zgadza się, że wszechstronność konopi sprawia, że ​​są one „wiodącym kandydatem” do uprawy kosmicznej. „Jej wytrzymałość sprawia, że ​​doskonale nadaje się do ekstremalnych warunków” — mówi WIRED. „Wykazała się dużą odpornością i może rosnąć w nieoczekiwanych miejscach. Nie wymaga zbyt dużo wody, wiadomo, że dobrze rośnie w glebie o niskiej zawartości składników odżywczych i wykazała potencjał fitoremediacyjny , usuwając toksyny i metale ciężkie z gleby”.

Poprzednie badania wykazały, że warunki panujące w kosmosie, takie jak mikrograwitacja i promieniowanie, mogą wpływać na genetykę roślin — a dla Radišiča jest to kluczowy powód wysłania nasion konopi na orbitę. „Chodzi o zbadanie, w jaki sposób i czy warunki kosmiczne wpływają na genetykę konopi, a możemy się tego dowiedzieć dopiero po kilku pokoleniach” — mówi.

Według D. Marshalla Porterfielda, profesora inżynierii rolniczej i biologicznej na Uniwersytecie Purdue, który od kilku dekad bada wzrost roślin w kosmosie, wpływ narażenia na promieniowanie na materiały biologiczne podczas lotów kosmicznych jest „dobrze poznany” dzięki wcześniejszym badaniom. „Losowo powoduje mutacje. Niektóre z tych mutacji mogą aktywować geny, mogą je dezaktywować, mogą je wyłączać, mogą zakłócać całe szlaki sygnałowe” — wyjaśnia. „W rezultacie otrzymujemy zmienne odpowiedzi w materiałach biologicznych, które mogą prowadzić do nowych genetycznie ustabilizowanych mutacji, które następnie można zidentyfikować i wyprowadzić”.

Radišič nie jest pierwszym, który kwestionuje wpływ podróży kosmicznych na konopie. Zespół badawczy, w skład którego wchodzi grupa z University of Colorado Boulder, wysłał kultury tkanek konopi na ISS w 2019 r. Nie opublikowano jednak żadnych informacji na temat wpływu narażenia na promieniowanie kosmiczne i mikrograwitację na roślinę konopi.

Nie jest on również jedynym badaczem, który pracuje nad narażeniem roślin na wyższe poziomy promieniowania niż wcześniej badano. Porterfield, który jest jednym z naukowców pracujących nad misją NASA LEAF — eksperymentem wzrostu roślin na Księżycu, który zostanie wysłany na Księżyc wraz z Artemis III w 2027 r. — mówi, że nie wiemy „prawie nic” o wpływie narażenia na promieniowanie poza niską orbitą okołoziemską. Zrozumienie, w jaki sposób zmienność promieniowania wpływa na rośliny, będzie „krytycznym celem” misji LEAF.

„Przez ostatnie 30 lat byliśmy uwięzieni na niższej orbicie i nie rozwinęliśmy wielu podstawowych badań, których potrzebujemy, aby udać się w głęboką przestrzeń, gdzie znajduje się galaktyczne promieniowanie kosmiczne” – mówi. „Mogą wystąpić pewne nieoczekiwane reakcje ze strony tego zmiennego źródła promieniowania. Reakcje roślin na te problemy związane z promieniowaniem będą miały duże znaczenie dla przyszłych systemów rolniczych na Księżycu”.

Po powrocie MayaSat-1 przez kolejne dwa lata Radišič i jego zespół będą współpracować z Wydziałem Nauk o Zdrowiu Uniwersytetu w Lublanie w Słowenii, aby wyhodować pokolenia klonów z nasion kosmicznych w celu zbadania zmian genetycznych i adaptacji roślin, w tym „zmian w profilach kannabinoidowych” — ile CBD, THC i innych związków rozwijają rośliny. Druga faza ich badań będzie obejmować symulację warunków glebowych na Marsie i uprawę roślin w kontrolowanych środowiskach o niskiej grawitacji na Ziemi.

Lumír Ondřej Hanuš, chemik z Uniwersytetu Palackiego w Ołomuńcu w Czechach i Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie, bada roślinę konopi od lat 70. XX wieku. Jako doradca badawczy projektu uważa, że ​​istnieje „wiele możliwości” badań naukowych po powrocie nasion.

Oprócz potencjalnych zmian genetycznych i epigenetycznych zespół Martian Grow będzie szukał zmian strukturalnych i fizjologicznych, takich jak różnice w wielkości liści, zawartości chlorofilu, architekturze korzeni, szybkości fotosyntezy i wykorzystaniu wody. Zbadają, co dzieje się po wystawieniu rośliny na stresory, takie jak choroba, i przeanalizują aktywność hormonów enzymatycznych i metabolitów wtórnych, co może doprowadzić do identyfikacji nowych związków.

„Niezależnie od tego, czy nastąpią zmiany, czy nie, oba wyniki będą ważne dla przyszłości, dzięki czemu będziemy wiedzieć, jak uprawiać konopie w środowisku kosmicznym” – dodaje Radišič.

Nadal jednak jesteśmy daleko od faktycznej uprawy konopi na Marsie, ani żadnej innej rośliny. Mikrograwitacja, ekstremalne temperatury, brak składników odżywczych i toksyny w glebie nie stwarzają sprzyjających warunków do uprawy.

„Będziemy musieli dostosować się do środowiska na Marsie i powoli dostosowywać nasze rośliny, aby mogły przetrwać” — mówi Petra Knaus, dyrektor generalna Genoplant. „Na razie uważamy, że możliwe będzie [hodowanie roślin] tylko w zamkniętym pojemniku systemowym z dostosowanymi warunkami”. Na potrzeby przyszłych misji Genoplant opracowuje nową kapsułę kosmiczną w tym duchu, której pierwszy test powrotu zaplanowano na 2027 r., co umożliwi naukowcom hodowanie nasion w kosmosie i monitorowanie ich przez kilka lat.

Podczas gdy konopie mogłyby potencjalnie stać się superrośliną ery kosmicznej, na Ziemi nadal uważa się je głównie za narkotyk rekreacyjny (choć szeroko stosowany w celach leczniczych), co uniemożliwiło regulatorom i badaczom pełne uznanie ich potencjału naukowego. Hanuš jest optymistą, że wyniki projektu, jakkolwiek by wyglądały, mogą rozwiać część tej stygmatyzacji i przyspieszyć jej naukową akceptację.

„Jeśli zostaną opublikowane interesujące wyniki, może to przyspieszyć nasze zrozumienie konopi” – mówi. „To bardzo ważna roślina, która moim zdaniem ma wielką przyszłość, jeśli ludzkość kiedykolwiek przekroczy kosmos i zacznie życie na innej planecie”.