Французька біотехнологічна компанія Orius поділилася ранніми реакціями рослин, отриманими в результаті випробувань у власному симуляторі гравітації Gravilab, а також інженерними рішеннями, які зробили можливими вимірювання на всій рослині.

Першою культурою, що досліджується, є Brassica rapa var. japonica (mizuna), компактна, швидкозростаюча листова зелень, яка використовувалася в попередніх роботах з космічної біології. «Рослини, вирощені в умовах зміненої гравітації, демонструють міцні надземні частини та здоровий ріст», — каже команда досліджень та розробок Orius.

“Однак кореневі системи розповідають іншу історію. Замість того, щоб занурюватися глибоко вертикально, коріння розростається більш горизонтально”.

Далі команда кількісно визначить архітектуру кореня, баланс між коренем і пагоном, а також час до дозрівання, а потім перейде до зав’язування насіння та успадкування, перш ніж перейти до моделі плодоношення.

Як використовується симулятор

Gravilab не змінює саму силу тяжіння; він рандомізує орієнтацію рослини, щоб рослина ніколи не відчувала фіксованого вектора сили тяжіння, апроксимуючи мікро- та часткову гравітацію за допомогою визначених шаблонів обертання, згенерованих власним алгоритмом.

Для отримання практичних даних про рослини, Orius створив Gravilab як повністю інтегровану дослідницьку установку.

“Gravilab оснащений багатоспектральною світлодіодною системою освітлення та інтегрованою установкою фертигації”, – зазначає команда, – “Ми розміщуємо Gravilab у нашій камері контрольованого росту (Biomecell), де рівень CO₂ та кліматичні умови постійно контролюються. Усі параметри відстежуються за допомогою нашого програмного забезпечення для керування BiomeOS, яке дозволяє дослідникам контролювати кожну змінну в режимі реального часу та отримувати вичерпні дані для аналізу”.

Ранні випробування свідчать про майже 100-відсоткове проростання мізуни в умовах імітації мікрогравітації, з повним відстеженням циклів розвитку від появи сходів. Експерименти проводяться всередині Biomecell з освітленням, фертигацією, вуглекислим газом та кліматом, які контролюються та реєструються через BiomeOS для забезпечення узгодженості між прогонами.

Дві проблеми проєктування та способи їх вирішення

Перша – це зрошення в ротації.

“Ми працюємо над системами зрошення, які оптимізують використання ресурсів та забезпечують однорідний розподіл, що створює серйозну проблему за відсутності сили тяжіння. Ми розробили системи зрошення, такі як аеропоніка, з використанням спеціалізованих методів розпилення”.

Очищення та повторне використання води є ключовими для цього підходу.

“Повторне використання поживних розчинів є важливим, оскільки традиційні наземні технології очищення води є занадто ресурсоємними для космічних середовищ”, – каже команда.

Друга – це потік повітря без конвекції. Зі зниженою силою тяжіння плавуча конвекція зупиняється, тому волога та гази можуть накопичуватися навколо листя.

“Наші основні проблеми в управлінні потоком повітря включають осушення та регулювання температури”. Склад газу також необхідно контролювати.

“Очищення CO₂ та видалення етилену та інших летких органічних сполук (ЛОС) [є критично важливим], оскільки наші установки прагнуть виробляти різні культури в одному приміщенні”, – каже команда.

Ті ж самі елементи керування, рівномірний потік повітря, активне очищення газу та герметична рециркуляція безпосередньо пов’язані з щільними, багатошаровими вертикальними приміщеннями.

Підключення до циклів життєзабезпечення

Модулі культивування проектуються для взаємодії з системами контролю навколишнього середовища та життєзабезпечення середовища існування (ECLSS). «Наша повністю автономна виробнича система розроблена для синергії з базовим модулем. Згідно з нашими розрахунками, наші виробничі модулі можуть очищати весь CO₂, що викидається кількістю членів екіпажу, яких вони повинні годувати». Залишки рослин також оцінюються як субстрати для вирощування грибів, щоб замкнути цикли вуглецю та поживних речовин.

Стрес як інструмент і чому гравітація важлива для CEA

На Землі комерційна робота Orius зосереджена на управлінні факторами навколишнього середовища для посилення виробництва біоактивних сполук. Дослідження гравітації розширює цей інструментарій.

“Особливо цікаво викликати стресові реакції, які підвищують вміст біоактивних речовин. Вивчення гравітації та її впливу на біоактивний склад або щільність поживних речовин є дуже актуальним для нас”, – кажуть науковці, – “Усі ці розробки мають великий потенціал для створення інноваційних рішень для наземних CEA, побудови ефективних циклів рециркуляції для вирощування сільськогосподарських культур найефективнішим способом, мінімізуючи споживання енергії та ресурсів”.