Roedd lansiad taith Artemis 1 NASA i'r Lleuad ym mis Tachwedd yn nodi cam arall ar y daith a fydd yn arwain un diwrnod at fodau dynol yn ymweld â'n cymydog planedol agosaf, Mars. Bydd cenhadaeth ddynol yn dilyn yn y pen draw ar sodlau llongau gofod robotig lluosog, a'r mwyaf diweddar oedd glanio'r crwydro dyfalbarhad ar y blaned goch ym mis Chwefror 2021. Ar gyfer teithiau dynol i'r blaned Mawrth mae llawer o faterion technolegol i'w datrys, sy'n allweddol ymhlith sef yr amddiffyniad rhag ymbelydredd solar ac iechyd y criw, gan gynnwys y ffordd orau o ddarparu bwyd maethlon. Y ffocws a'r her i lawer o arbenigwyr sy'n astudio'r olaf yw sut i osgoi'r diffygion cudd a achosir gan fwyta bwyd wedi'i rewi-sych yn gyson. Bydd argaeledd bwyd ffres yn amlwg yn fantais iechyd a seicolegol fawr, ac ar gyfer hyn bydd angen tyfu a chynaeafu planhigion ar y ffordd. Yn yr erthygl hon, mae'r awduron yn adolygu data ac ymchwil cyfredol ynghylch maeth, buddion meddygol a seicolegol, a dulliau posibl o dyfu cnydau mewn gofod dwfn.
Yn ôl NASA, mae pum perygl mawr yn ymddangos yn ystod hediadau gofod hir: ymbelydredd gofod, ynysu a chyfyngiad, pellter o'r Ddaear, disgyrchiant isel, ac amgylchedd gelyniaethus a chaeedig llong ofod. Gallai planhigion byw a bwyd wedi'i dyfu'n ffres chwarae rhan fawr wrth gefnogi tri o'r rhain: maeth, anghenion meddygol a seicoleg criw.
Maeth
Rhaid addasu cydbwysedd maethol y bwyd a gyflenwir ar gyfer teithiau gofod yn berffaith er mwyn i griw gynnal taith hir mewn iechyd da.
Rhaid i gydbwysedd maethol y bwyd a gyflenwir ar gyfer teithiau gofod gael ei addasu'n berffaith ar gyfer criw i gynnal taith hir mewn iechyd da. Gan y bydd cyflenwadau o'r Ddaear yn anodd, mae pennu'r union ddeiet cywir a'i union ffurf yn nod hanfodol.
Osgoi unrhyw ddiffyg maetholion hanfodol yw'r her amlycaf, ac mae NASA wedi astudio anghenion maeth manwl. Fodd bynnag, profwyd bod llawer o'r 'system' bwyd gofod presennol yn ddiffygiol. Yn benodol, mae storio bwyd yn yr amgylchedd am gyfnod hir yn arwain at ddiraddio fitaminau A, B1, B6 a C.
Mae colli pwysau cymedrig cronnol ar gyfer gofodwyr yn 2.4 y cant fesul 100 diwrnod mewn microgravity, hyd yn oed gyda gwrthfesurau ymarfer corff gwrthiannol llym. Dangoswyd hefyd bod gofodwyr yn dioddef o ddiffygion maethol mewn potasiwm, calsiwm, fitamin D a fitamin K oherwydd nad yw'r bwyd a gyflenwir yn caniatáu iddynt fodloni'r gofynion cymeriant dyddiol.
Mae planhigion yn naturiol yn cynnwys fitaminau a mwynau, a byddai bwyta bwyd ffres ar unwaith yn osgoi'r broblem o storio. Byddai eu bwyta felly yn ychwanegiad gwych i fwyd wedi'i rewi-sychu.
Fe wnaeth y gofodwr Scott Kelly nyrsio zinnias gofod marw yn ôl i iechyd ar yr ISS. Tynnodd ffotograff o dusw o flodau yn y Cupola yn erbyn cefndir y Ddaear a rhannodd y llun i'w Instagram ar gyfer Dydd San Ffolant yn 2016.
Meddygaeth
Yn ogystal â fitaminau a mwynau, mae planhigion yn syntheseiddio llawer o wahanol fetabolion eilaidd. Gallai'r cyfansoddion hyn fod o gymorth mawr i atal problemau iechyd. Er enghraifft, mae ffolad yn ymwneud â thrwsio DNA, ond dim ond ar 64 y cant o ddyddiau hedfan y bodlonir ei ofynion. Gan fod telomeres, diwedd cromosomau, wedi'u profi i gael eu newid yn sylweddol yn ystod hediadau hir, gallai ychwanegu ffolad trwy blanhigion ffres helpu i leihau heneiddio genetig a digwyddiadau canser.
Ymhlith enghreifftiau eraill, gallai llysiau sy'n llawn carotenoid atal ystumiad llygaid a achosir gan ficrogravity, tra gall diet eirin sych helpu i atal colled esgyrn a achosir gan ymbelydredd. Mae llawer o blanhigion yn cynnwys gwrthocsidyddion a all fod o gymorth mawr wrth amddiffyn DNA dynol rhag mwtaniadau a achosir gan ymbelydredd. Fodd bynnag, nid yw diet sy'n seiliedig ar blanhigion yn ddigonol a rhaid datblygu atebion eraill i amddiffyn gofodwyr rhag ymbelydredd.
Seicoleg
Yn ogystal â fitaminau a mwynau, mae planhigion yn syntheseiddio llawer o wahanol fetabolion eilaidd
Gan y bydd unigedd a phellter yn rhoi straen sylweddol ar iechyd meddwl gofodwyr, y pryd bwyd yw un o'r adegau pwysicaf i ysgafnhau'r hwyliau. Mae bwyta bwyd wedi'i rewi-sych ym mhob pryd yn creu blinder ar y fwydlen ac mae gofodwyr yn tueddu i fwyta llai dros amser. Gall bwyta bwyd ffres leihau'r blinder hwn, yn bennaf trwy ddarparu amrywiaeth o ran ffurf a gwead.
Gweithgaredd arall sydd o fudd i iechyd meddwl y criw yw garddwriaeth. Profwyd bod tyfu planhigion yn cael effeithiau hynod fuddiol, gan y gall roi teimlad i ofodwyr o deithio gyda darn o'r Ddaear. Mae rhai astudiaethau wedi ceisio dod o hyd i'r planhigion sydd â'r effeithiau seicolegol mwyaf buddiol, gan y gallent fod yn ffactor pwysig iawn i iechyd meddwl y criw. Er enghraifft, gall mefus wella ymatebion seicolegol cadarnhaol, megis egni a hunan-barch, lleihau iselder a straen tra gallai coriander wella ansawdd cwsg.
Felly, mae ffermio gofod ar sail planhigion yn ddiddorol ar lefel faethol, seicolegol a meddygol. Fodd bynnag, mae'r diffyg lle a'r amodau tyfu penodol yn cyfyngu ar y nifer a'r dewis o gnydau.
Bydd yr union ddewis o gnydau a ddefnyddir yn amrywio, yn dibynnu ar y meini prawf a archwiliwyd a'r maes (maeth, seicoleg a meddygaeth) a ffafrir. Gall rhai planhigion sydd ag oes silff hir fod yn gyfleus, fel gwenith neu datws, ond mae ganddynt yr anfantais o fod angen eu coginio cyn eu bwyta. Ffactor arall i'w ystyried yw'r system atgenhedlu a dull peillio'r planhigion, oherwydd ni chaniateir anifeiliaid (fel pryfed) ar fwrdd y llong.
Sefydlwyd rhestr o gnydau posibl i'w tyfu yn y gofod, ac roedd rhai ohonynt eisoes wedi'u tyfu ar fwrdd y llong. Dewisodd yr awduron feini prawf maethol ac agronomig fel offer ar gyfer eu dewis. Felly, ar gyfer effeithiau seicolegol, priodolwyd gwerth o un (munud) i bedwar (uchafswm) i flas ac ymddangosiad y rhan cnwd neu blanhigyn bwytadwy.
Tabl o wahanol gnydau gyda'u nodweddion maethol, meddygol, agronomig a seicolegol sy'n addas ar gyfer teithiau hir yn y gofod.
Tyfu planhigion mewn llong ofod
Mae gofod yn cyflwyno dwy brif ffynhonnell straen i blanhigion: ymbelydredd cosmig a microgravity.
Mae ymbelydredd yn effeithio'n negyddol ar dyfiant planhigion ac yn cynyddu'r risg o dreigladau genetig, felly dylai amddiffyn planhigion rhag ymbelydredd fod yn flaenoriaeth. Er y gellir cynnwys ymbelydredd gan ddefnyddio tariannau plwm a/neu ddŵr, mae hyn yn cynrychioli màs ychwanegol i'w osod mewn orbit. Ateb da, a ddeilliodd o Gwersyll Sylfaen Mars Lockheed Martin (2018), yw defnyddio storio tanwydd fel tarian ymbelydredd.
Ar y llaw arall, nid yw microgravity yn amharu'n sylweddol ar dyfiant planhigion, er y gallai ei arafu. Fodd bynnag, mae ymateb y planhigyn yn amrywio yn ôl y rhywogaeth, gan fod microgravity yn effeithio ar fynegiant genom y planhigyn. Darganfuwyd, mewn microgravity, y bydd planhigion yn mynegi mwy o enynnau sy'n gysylltiedig â straen, fel genynnau sioc gwres, ac yn cynyddu eu cynhyrchiad o broteinau sy'n gysylltiedig â straen. Ar ben hynny, canfuwyd bod gan hadau grynodiadau gwahanol o fetabolion ac oedi cyn egino.
Mae microgravity hefyd yn effeithio ar ficro-amgylchedd y planhigyn, megis diffyg symudiad yr atmosffer, creu cyfansoddiad atmosfferig anarferol ac anhawster dyfrio (gyda chymorth neu hebddo). Nid oes darfudiad aer yn y gofod allanol, felly os nad yw'r orsaf dyfu wedi'i hawyru'n ddigonol bydd unrhyw nwy a allyrrir gan y planhigyn yn aros o amgylch ei wyneb. Dangoswyd bod cronni ethylene nwyol o amgylch dail planhigion yn arwain at ddatblygiad dail annormal. Gall nwyon eraill, fel carbon deuocsid, sy'n bresennol mewn crynodiadau uchel mewn llong ofod, fod yn angheuol i rai planhigion. Mae'r un broblem yn codi ar gyfer dyfrio planhigion, felly bydd angen datblygu dull nad yw'n boddi'r gwreiddiau.
Mae'n anoddach gwerthuso ymateb y planhigyn i amgylchedd y gofod. Gall rhai agweddau ar yr amgylchedd hwnnw, megis gofod cyfyngedig, gyfeirio ein dewis tuag at amrywiaethau corrach. Fodd bynnag, mae rhai agweddau eraill fel ymateb y planhigyn i ficrogravity yn amrywio yn dibynnu ar rywogaethau a mathau. Er bod angen i arbrofion barhau, mae nifer benodol o blanhigion eisoes wedi'u profi a'u disgrifio fel rhai sy'n gallu tyfu yn y gofod a gallwn eu defnyddio fel sail.
Gallai gymryd degawdau i ddatblygu siambr blanhigion hunangynhaliol sy'n cwmpasu holl anghenion maethlon gofodwyr, ond gallai defnyddio siambrau bach fel mesurau cyflenwol helpu'r criw gyda diffygion mewn fitaminau a maetholion (sy'n cael eu newid mewn bwyd wedi'i becynnu) a lleihau blinder diet.
Mark Vande Hei, Shane Kimbrough, Thomas Pesquet, Akihiko Hoshide a Megan McArthur o'r Space X Crew-02 yn esgusodi gyda'u cynhaeaf o bupurau chili coch a gwyrdd yn yr ISS yn 2021 ar gyfer ymchwiliad Plant-Habitat 04.
System cynnal bywyd bio-adfywio
Mae bwyta bwyd wedi'i rewi-sych ym mhob pryd yn creu blinder ar y fwydlen ac mae gofodwyr yn tueddu i fwyta llai dros amser
Mewn llong ofod, mae'r ystafell yn gyfyngedig. Felly, mae llwyddiant y genhadaeth yn dibynnu ar systemau adfywio sydd wedi'u hymgorffori yn Systemau Cynnal Bywyd (LSS) a all ailgylchu deunydd ail-law yn ddeunydd y gellir ei ddefnyddio. Mae'r System Rheoli Amgylcheddol a Chymorth Bywyd (ECLSS) a osodwyd yn yr Orsaf Ofod Ryngwladol (ISS) yn cynhyrchu ocsigen a dŵr trwy ailgylchu carbon deuocsid ac wrin; bydd angen system debyg ar gyfer hediadau gofod hir.
Ganed y syniad o LSS bio-adfywio (BLSS) yn y 1960au i gynnwys cynhyrchu bwyd ac ailgylchu deunyddiau gwastraff (er enghraifft, mater ysgarthol) i'r ECLSS. Gellid defnyddio BLSS gyda bacteria ac algâu i ailgylchu'r nitrogen mewn gwastraff solet yn ôl i ffurf defnyddiadwy o nitrogen organig y gallai planhigion ei amsugno. Mae arbrawf sy’n dilyn yr egwyddor honno – y System Cynnal Bywyd Micro Ecolegol Amgen (MELiSSA) – wedi’i ddatblygu a’i gynnal gan Asiantaeth Ofod Ewrop ers y 1990au.
Fodd bynnag, wrth i ni gynnwys gweithfeydd uwch yn y BLSS, bydd angen inni astudio eu hintegreiddio â’r technolegau rheoli amgylcheddol eraill sy’n bodoli eisoes, sy’n cynrychioli her newydd. Bydd pennu cost a chynaliadwyedd y systemau cynhyrchu cnydau bwyd llai hyn yn darparu gwybodaeth hanfodol ar gyfer esblygu tuag at BLSS mwy.
Diagram sgematig o ail ddyluniad uned twf planhigion y tiwb mandyllog.
Datblygu siambr twf planhigion
Mae defnyddio system hydroponig i dyfu cnydau yn bosibilrwydd deniadol, gan ei fod yn tyfu planhigion mewn dŵr yn lle dibynnu ar system debyg i bridd. Mae'r olaf yn ychwanegu pwysau i'r llong ofod a'r risg y bydd gronynnau'n arnofio o gwmpas, dwy agwedd sy'n ei gwneud yn anfanteisiol. Mae'r Cynefin Planhigion Uwch (APH) a osodwyd yn yr ISS eisoes wedi tyfu amrywiaeth o wenith corrach gan ddefnyddio system hydroponig gyda system dyfrio tiwb mandyllog wedi'i hymgorffori mewn modiwl gwraidd sy'n cynnwys arcilit a gwrtaith sy'n rhyddhau'n araf.
Er mwyn hwyluso gweithgareddau garddwriaethol y criw ac i sicrhau bod planhigion yn tyfu mewn amgylchedd gorau posibl, mae angen monitro cylch diwylliannol y cnwd yn llawn gan gyfrifiadur. Profwyd system fonitro o'r fath yn 2018 yn Antarctica. Bydd defnyddio system rhannol awtomataidd ar gyfer tyfu cnydau yn sicrhau bod y criw yn elwa o bresenoldeb planhigion yn y llong ofod (trwy eu trin) ac yn osgoi'r broblem o amaethyddiaeth yn mynd yn ormod o amser. Yn wir, nid yw'r ystafell sydd ei hangen i dyfu planhigion wedi'i diffinio'n fanwl eto ac mae sawl arbrawf mewn amgylcheddau tebyg i ofod (fel yr HI-SEAS) wedi dangos y gall y gweithgaredd hwn fynd yn faith.
Profwyd bod tyfu planhigion yn cael effeithiau hynod fuddiol, gan y gall roi teimlad i ofodwyr o deithio gyda darn o'r Ddaear.
Yn olaf, mae System Cynhyrchu Llysiau NASA, neu Veggie, (a lansiwyd yn 2014), sy'n darparu ardal dyfu o 0.11 m², yn enghraifft wych o uned twf planhigion y gellid ei defnyddio ar fwrdd llong ofod, gan ei bod eisoes wedi'i phrofi ar y ISS. O ran gofynion golau, defnyddir LEDs gyda dwy donfedd wahanol: coch (630 nm) a glas (455 nm) wrth i blanhigion dyfu'n fwy effeithlon o dan y tonfeddi hyn. Efallai y bydd angen LED gwyrdd hefyd i roi ei liw naturiol i'r planhigyn, gan hwyluso'r broses o adnabod clefydau ac atgoffa criw'r Ddaear.
Mizuna (bresych Japan), letys romaine coch a Tokyo bekana (bresych Tsieineaidd) a dyfir mewn uned llysieuol yn yr ISS.
Mae amodau gofod yn creu straen i fodau dynol a phlanhigion, felly mae cynllun planhigion sy'n gallu tyfu mewn llongau gofod a helpu i leddfu rhywfaint o'r straen y mae gofodwyr yn ei brofi yn cael ei astudio ar hyn o bryd.
Mae genynnau sy'n ymwneud ag ymatebion straen planhigion wedi'u nodi ond i leihau neu liniaru'r effeithiau hynny mae angen i wyddonwyr addasu mynegiant genynnau presennol neu ychwanegu genynnau addasu gofod i'r genomau. Gellir cyflawni hyn trwy ddefnyddio golygu genynnau ac mae rhai genynnau ymgeisydd eisoes wedi'u nodi a'u hastudio'n benodol. Er enghraifft, mae ARG1 (Ymateb Addasedig i Ddisgyrchiant 1), genyn y gwyddys ei fod yn effeithio ar ymatebion disgyrchiant mewn planhigion ar y Ddaear, yn ymwneud â mynegiant 127 o enynnau sy'n gysylltiedig ag addasu hedfan gofod. Canfuwyd bod y rhan fwyaf o'r genynnau a newidiwyd mewn mynegiant yn hedfan i'r gofod yn ddibynnol ar Arg1, sy'n awgrymu rôl fawr i'r genyn hwnnw yn addasiad ffisiolegol celloedd diwahaniaeth i hediad gofod. Mae HsfA2 (Ffactor Sioc Gwres A2) yn cael effaith sylweddol ar addasu hediad gofod, er enghraifft trwy biosynthesis startsh. Yr amcan yw amharu ar enynnau sy'n achosi straen a hyrwyddo rhai buddiol.
Mae’n bosibl y bydd yn werth astudio genynnau eraill, a elwir yn genynnau addasu gofod, megis genynnau sy’n ymwneud ag ymbelydredd, perchlorate, dwarfism a thymheredd oer, gan y byddent yn helpu planhigion i wrthsefyll amodau llym y gofod. Er enghraifft, mae gan ficro-organebau sydd wedi'u haddasu i amgylcheddau gorsalaidd genynnau ar gyfer ymwrthedd UV a gwrthiant perchlorad. Mae llawer o fathau o gorrach (ee o wenith) eisoes wedi'u tyfu ar yr ISS a gallai'r tomato ceirios corrach 'Red Robin' gael ei dyfu yn yr ISS fel rhan o arbrawf Veg-05 NASA.
Gallwn hefyd ddylunio planhigion ar gyfer iechyd gofodwyr. Mae hyrwyddo cronni cyfansoddion buddiol, gwneud planhigion bwytadwy corff cyfan i leihau gwastraff, neu ddylunio planhigion i gynhyrchu cyffuriau yn erbyn sgîl-effeithiau gofod ar ofodwyr yn ffyrdd posibl o wneud planhigion yn ddefnyddiol i'r criw.
Defnyddiwyd strategaeth Planhigion Bwytadwy ac Elît Corff Cyfan (WBEEP) ar blanhigion tatws, gan wneud coesynnau a dail tatws yn fwytadwy trwy dynnu'r solanin oddi arnynt. Er mwyn atal ei gynhyrchu, mae naill ai'r genynnau sy'n ei gynhyrchu yn cael eu tawelu neu eu treiglo trwy olygu genynnau. Mae manteision i greu’r tatws WBEEP hwn gan ei fod yn blanhigyn sy’n cael ei drin yn hawdd ac sy’n ffynhonnell ynni dda ac sydd wedi profi ei fod yn gallu tyfu mewn amodau anodd fel gofod. Atgyfnerthwyd y planhigion hefyd i ddiwallu anghenion maeth y corff dynol yn llawn.
Mae ymbelydredd yn effeithio'n negyddol ar dyfiant planhigion ac yn cynyddu'r risg o dreigladau genetig, felly dylai amddiffyn planhigion rhag ymbelydredd fod yn flaenoriaeth
Un o'r prif faterion i iechyd gofodwyr mewn microgravity yw colli dwysedd esgyrn. Mae ein hesgyrn yn cael eu cydbwyso'n gyson rhwng twf ac atsugniad, gan ganiatáu i esgyrn ymateb i anaf neu newidiadau mewn ymarfer corff. Mae treulio amser mewn microgravity yn tarfu ar y cydbwysedd hwn, gan droi esgyrn tuag at atsugniad, felly mae gofodwyr yn colli màs esgyrn. Gellir trin hwn gyda chyffur a elwir yn hormon parathyroid, neu PTH, ond mae angen pigiadau rheolaidd arno ac mae ganddo oes silff fer iawn, sy'n broblematig ar gyfer hediadau gofod hir. Felly, cafodd letys trawsgenig sy'n cynhyrchu PTH ei beiriannu.
Mae dylunio planhigion sy'n gallu tyfu yn y gofod a bod yn ddefnyddiol i ofodwyr yn dal yn ei gyfnod cynnar o ymchwil. Fodd bynnag, mae ei ragolygon yn addawol iawn ac yn cael eu hastudio gan yr holl asiantaethau gofod mawr. Mae adeiladu siambr twf planhigion yn amgylchedd digroeso y gofod yn dal i fod angen gwaith. Un o'r heriau fydd ychwanegu'r rhan bio-adfywio o'r BLSS at yr LSS sydd eisoes yn bodoli. Her arall yw'r angen am well dewis o gnydau i'w tyfu ar fwrdd y llong i wrthsefyll amodau gofod a chynnig cnwd sylweddol. Ond diolch i ledaeniad gwybodaeth mewn bridio planhigion, bydd golygu genynnau yn y cnydau a ddewiswyd yn caniatáu iddynt gael eu haddasu ymhellach i amodau'r gofod a chydweddu ag anghenion maethol ac iechyd criw.
Ffynhonnell: https://room.eu.com