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Zukünftige bemannte Missionen auf dem Mond oder Mars könnten Pflanzen als Bio-Erntemaschinen nutzen, um wertvolle Elemente aus den fremden Böden zu extrahieren, sagen Forscher.

Jetzt hoffen sie, neue Experimente zu starten, um Tests mit Pflanzen und Mondregolith während des Apollo-Programms der NASA zu verfolgen, das Männer auf den Mond brachte.

Lunar Regolith ist eine lose Mischung aus Staub, Erde, gebrochenem Gestein und anderen verwandten Materialien, die auf festem Grundgestein liegen. Die Apollo-Ära-Forschung zeigte, dass zurückgesandte Mondproben des Regoliths keine Toxine enthielten oder fremdartige kontaminierte Lebensformen enthielten, die Pflanzen, Tiere oder Menschen auf der Erde bedrohen könnten. [Pläne, Blumen auf dem Mond zu wachsen.]

Die begrenzte Nutzung des kostbaren Mondregoliths bedeutete jedoch, dass Wissenschaftler nicht untersuchen konnten, wie gut Pflanzen in Regolith gewachsen sind.

"Trotz der Tatsache, dass wir die innovative Wissenschaft, die in der Apollo-Ära durchgeführt wurde, absolut bewundern, wurde die Frage, ob eine Pflanze wachsen könnte, wenn man einen Samen in Mondregolith plumpst, nicht beantwortet", sagte Robert Ferl, ein Genetiker an der Universität von Florida in Gainesville.

Ferl und Anna-Lisa Paul, eine weitere Genetikerin an der Universität von Florida, hoffen, die Versuche der Apollo-Ära aufzuheben. Erneuerte Forschung könnte die mächtigen Werkzeuge nutzen, die in den vergangenen Jahrzehnten für das Studium der Molekularbiologie und Genetik entwickelt wurden, und sehen, wie Pflanzen auf molekularer Ebene reagieren, indem sie ihre Gene als Reaktion auf Regolith ein- und ausschalten.

Neue Studien könnten auch das Potenzial aufzeigen, wie Pflanzen anscheinend einige Nährstoffe aus Mondregolith erhalten. Das könnte über die Träume der Mondlandwirtschaft hinausgehen, Pflanzen in planetare Erntemaschinen zu verwandeln, und letztendlich dazu beitragen, menschliche Basen auf fremdem Boden zu erhalten.

"Es geht nicht nur darum, Mond- und Mars-Regolith zu verwenden, um Pflanzen anzubauen", erklärte Paul. "Es geht darum, Nährstoffe aufzunehmen, die uns ansonsten verloren gehen könnten."

Die Übersichtsarbeit zu Pflanzenexperimenten der Apollo-Ära wurde in der Aprilausgabe der Zeitschrift ausführlich beschrieben Astrobiologie.

Sicherheit zuerst

Die NASA traf große Vorkehrungen bei den Proben, die während der ersten bemannten Missionen zum Mond zurückgebracht wurden, indem sie das Lunar Receiving Lab (LRL) im Johnson Space Center in Houston baute. Das Design der LRL-Anlage sollte sicherstellen, dass keine gefährlichen Schadstoffe oder unbekannte außerirdische Lebensformen die Biosphäre der Erde gefährden, selbst als die Forscher begannen, biologische Experimente mit dem Mondregolith durchzuführen.

Jegliche planetarische Schutzangst verblasste schnell, da die ersten Studien zeigten, dass Pflanzen nicht verdarben und an Kontakt mit Mondproben sterben.

Ungefähr 35 Pflanzenarten blieben gesund, nachdem Mondproben der Apollo-11- und -12-Missionen auf die Blätter gerieben und an ihrer Basis platziert worden waren. In ähnlicher Weise hatten Tiere während der Exposition gegenüber Mondproben keine negativen Auswirkungen.

Tatsächlich fand eine Studie heraus, dass gekeimte Sämlinge und Pflanzenkulturen ernährungsphysiologische Vorteile aus den Mondproben zu genießen schienen. Der Mondstaub und der Regolith enthielten bestimmte für das Pflanzenwachstum nützliche Elemente wie Eisen, Magnesium und Mangan, auch wenn es an notwendigen Elementen wie Stickstoff, Phosphor, Schwefel und Kalium mangelte.

Dies deutete auf die Möglichkeit hin, Pflanzen zu nutzen, um Nährstoffe oder Mineralien vom Mond biologisch zu gewinnen, und deutete an, dass Mondfarmen über die Ernährung von Astronauten hinaus zur Lebenserhaltung beitragen könnten.

"In einem interessanten Modell, das vor ein paar Jahren hergestellt wurde, würden Pflanzen in Niederdruckschoten auf der Oberfläche leben", sagte Ferl. "Astronauten oder Mondkolonisten würden in Druckanzügen gehen, um sie zu fangen."

Den nächsten Schritt machen

Die Pflanzen mögen überlebt haben und sogar ein kleines Berieseln oder Reiben von Mondmaterial gediehen sein, aber Forscher sagen, dass viele Unbekannte nach den letzten Mondbodenexperimenten, die vor 30 Jahren stattfanden, noch existieren.

Zum Beispiel untersuchte keines der Experimente der Apollo-Ära, wie das Mondmaterial die Mikroorganismen beeinflusste, wie Bakterien oder Pilze, die normalerweise Pflanzen bei der Ernte von Nährstoffen unterstützen. Sogar Mikroben von menschlichen Astronauten könnten mit den Pflanzenwurzeln in der Region der Erde interagieren, die als Rhizosphäre bekannt ist.

"Sie haben die Pflanzenwurzeln durch eine Vielzahl von Organismen besiedelt, die Materialien abbauen und transportieren", sagte Paul. "Diese Dinge erleichtern die Ernte von Molekülen aus dem Substrat, in dem die Pflanze wächst."

Neue Experimente müssen laut den Forschern nicht auf eine Rückkehr zum Mond warten. Sie haben bereits Pläne, die nur ein paar Gramm der Hunderte von Kilogramm Mond-Regolith erfordern würden, die von der NASA gesammelt wurden.

Nur ein Gramm Mondregolith könnte das Wachstum von mehreren unterstützen Arabidopsis Pflanzen, die mit Kohl und Rettich verwandt sind, betonte Paul. Dieser Modellorganismus stellte die erste Pflanze dar, deren Genom sequenziert wurde, und würde so eine große Basis für Experimente der Mondbiologie liefern.

.Von der Erde zum Mond und Mars

Solche Testkonzepte könnten auch Teil von Experimenten auf dem Mond selbst werden, wann immer sich eine menschliche Basis etabliert. Diese Experimente würden nicht nur Fragen zur grundlegenden Pflanzenbiologie beantworten, sondern auch den Samen des Wissens für die Entwicklung der Ökologie von der Erde liefern.

"Ein Ziel ist es, Pflanzen für den Lebensunterhalt zu nutzen und die besten Mittel zu finden, um dies zu erreichen, und [herauszufinden, ob] Pflanzen Mondressourcen dafür verwenden", sagte Ferl. "Die andere Frage ist, was die Grenzen des irdischen Lebens sind, und stellt die Oberfläche des Mondes einen Ort dar, an dem die irdische Biologie leben kann."

Dieser Ansatz könnte auch helfen, Probleme im Zusammenhang mit dem Anbau von Pflanzen im Marstregolith anzugehen. Einige Studien auf der Erde haben bereits das Pflanzenwachstum in Mars-Simulations-Regolith getestet, das mit bestimmten Chemikalien angereichert wurde, auch wenn eine Mars-Probe die Erde noch nicht erreicht hat.

Am Ende würde das gleiche Bedürfnis, alle verfügbaren Ressourcen zu nutzen und die menschlichen Kolonisten zu erhalten, für eine Reise zum Mars noch größer werden.

"Zum Mars zu gehen ist so viel schwieriger, weil das Konzept, all deine Ressourcen für die gesamte Reise mitzunehmen, schwieriger wird", sagte Paul. "Die Treiber, die darauf hindeuten, Pflanzen für die Lebenserhaltung zu nutzen, werden immer wichtiger."

Die Samen pflanzen

Weitere Experimente auf der Erde könnten Ingenieuren und Wissenschaftlern helfen, zukünftige orbitale oder außerirdische Farmen besser zu planen.

"Tests in extremen Umgebungen auf der Erde könnten sehr nützlich sein, um kritische Designaspekte zu identifizieren, die behoben werden müssen, bevor ein Demonstrationssystem auf der [Internationalen Raumstation] gebaut und geflogen wird", sagte Claudio Finetto, Ingenieurberater bei Thales Alenia Space-Italia in Turin, Italien.

Finetto und seine Kollegen Cesare Lobascio und Alessandro Rapisarda berechneten, dass ein bio-regeneratives Lebenserhaltungssystem mit nur 20 Prozent der von der Erde wieder gelieferten Nahrung für eine 18-köpfige Mondbasis, die länger als fünf Jahre bewohnt ist, bequemer wird auf vollständige Nahrungsnachlieferung von der Erde.

Ihre Arbeit ist in der Mai-Juni-Ausgabe der Zeitschrift ausführlich beschrieben Acta Astronautica. Das LUNAR FARM-Konzept entstand auch aus einem Nachdiplomkurs in SpacE Explorations- und Entwicklungssysteme (SEEDS) Second Edition am Politecnico di Torino, wo Finetto mit Salvatore Cusumano, Daniele Renzoni, Amir Sabbagh und Cosimo Sinesi arbeitete.

Selbst wenn die NASA ihre Pläne zur Rückkehr zum Mond annulliert hätte, stimmte Finetto zu, dass eine bemannte Marsmission von einem selbsttragenden Ansatz profitieren könnte. Er fügte hinzu, dass ein Raumschiff-Gewächshaus Astronauten auf der Marsoberfläche ebenso leicht unterstützen könnte wie während der sechsmonatigen Reisen zum und vom Roten Planeten.

Fortschrittlichere Roboter könnten laut Finetto auch die Zeit verkürzen, die menschliche Astronauten für die Kultivierung ihrer Pflanzen aufwenden.

Von den Experimenten der Apollo-Ära mit Mondsprengkörpern, die auf Pflanzen gesprenkelt sind, sieht das noch weit entfernt aus. Aber eines Tages könnten Roboter ein sich selbst erhaltendes Gewächshaus in der Umlaufbahn über dem Mars halten, während menschliche Entdecker sich auf die Wissenschaft und Exploration konzentrieren.

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