Thursday, 21 May 2009

Ένα εξωγήινο περιβόλι

Σύμφωνα με τη ΝΑSΑ, κάθε διαστημόπλοιο θα είναι ένα κλειστό, αυτάρκες οικοσύστημα όπου άνθρωποι και φυτά θα επιβιώνουν τέλεια χωρίς καμία εξωγενή βοήθεια.
«Ο κόσμος έφτασε στα χέρια μου μέσω ταχυδρομείου», έγραφε ο Καρλ Σαγκάν το 1986 «Έφερε την επιγραφή Εύθραυστον. Ήταν μια διάφανη σφαίρα με νερό μέχρι τη μέση. Στο εσωτερικό της είχε ζωή: μια συστάδα κλαδιών, μερικά στρώματα από πράσινα φύκη και έξι μικρές γαριδούλες να ταλαντεύονται ανάμεσά τους. […] Σε αντίθεση με ένα ενυδρείο, αυτός ο κόσμος είναι ένα κλειστό οικοσύστημα. Το μόνο που εισέρχεται είναι το φως, τίποτα άλλο. Όλα πρέπει να ανακυκλώνονται».

Σήμερα, είκοσι χρόνια μετά, επίσης «όλα πρέπει να ανακυκλώνονται», σύμφωνα με το Εργαστήριο Επιστημών της Ζωής στο Διάστημα (Space Life Sciences Lab, SLSL) της ΝΑSΑ. Οι αστρογεωπόνοι του εδώ και δύο δεκαετίες απομονώνουν ανθρώπους, φυτά και μικρόβια προσπαθώντας να δημιουργήσουν ένα κλειστό αλλά ανανεώσιμο οικοσύστημα· ένα αυτάρκες περιβάλλον, μέσα στο οποίο θα μπορούσαν να ταξιδεύουν για μήνες σε άλλους πλανήτες, έχοντας κόψει τον ομφάλιο λώρο με τη Γη. «Οι άνθρωποι και τα φυτά είναι οι ιδανικοί σύντροφοι σε διαστημικά ταξίδια», λέει ο Ρέιμοντ Γουίλερ, επικεφαλής του προγράμματος Εξελιγμένη Υποστήριξη Ζωής (Advanced Life Support, ALS) της αμερικανικής διαστημικής υπηρεσίας. «Οι άνθρωποι προσλαμβάνουμε οξυγόνο και παράγουμε διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο στο συνέχεια παίρνουν τα φυτά και το μετατρέπουν σε εισπνεόμενο οξυγόνο. Μέσω των περιττωμάτων μας δίνουμε στα φυτά θρεπτικές ουσίες, τα οποία στη συνέχεια παράγουν φαγητό για εμάς. Ο μόνος εξωγενής παράγοντας που χρειάζεται είναι το φως».

Ερυθρό φως για φωτοσύνθεση
Αυτό είναι λοιπόν το ζητούμενο στην εξίσωση. Όμως στο εσωτερικό μιας διαστημικής κάψουλας δεν μπορούμε να έρθουμε σε επαφή με τον ήλιο. Επιπλέον σε αυτό το ελεγχόμενο περιβάλλον η ενέργεια είναι ένας πολύτιμος πόρος, που δεν έχουμε την πολυτέλεια να διοχετεύουμε απλόχερα για να παράγουμε το φωτισμό που απαιτείται στην καλλιέργεια φυτών. Στόχος, λοιπόν, των «διαστημικών γεωπόνων» είναι να καλλιεργήσουν λαχανικά με ελάχιστο φωτισμό. Μια μεγάλη ανακάλυψη που θα μπορούσε να συμβάλει προς αυτή την κατεύθυνση είναι η χρήση Διόδων Εκπομπής Φωτός ή LED. Διαρκούν εκατοντάδες χιλιάδες ώρες, σχεδόν δε θερμαίνονται, ενώ καταναλώνουν την ίδια ποσότητα ηλεκτρισμού με τους κοινούς λαμπτήρες. Όμως, σε αντίθεση με αυτούς, δεν απελευθερώνουν αέρια ούτε σπάνε. «Αναρωτιόμαστε αν τα φυτά όντως χρειάζονται ολόκληρο το φάσμα του φωτός για να επιβιώσουν και να αναπτυχθούν», λέει ο Ιγκνάσιο Εράζο, ερευνητής της ΝΑSΑ. «Έχουμε αρχίσει να πειραματιζόμαστε με διαφορετικά μήκη κύματος», προσθέτει.

«Ανακαλύψαμε ότι, ουσιαστικά, τα φυτά έχουν ανάγκη από το ερυθρό φως για να μεγαλώσουν και να κάνουν φωτοσύνθεση. Γεγονός εκπληκτικό, καθώς μας βοηθά να εξοικονομήσουμε περισσότερη ενέργεια. Χρειάζονται ωστόσο και λίγο ιώδες φως, για να προσανατολιστούν και να αναπτυχθούν, φαινόμενο που είναι γνωστό ως φωτοτροπισμός. Κάτω από αυτά τα δύο είδη φωτός τα πράσινα φυτά φαίνονται πορφυρά. Έτσι, παροδικά τούς ρίχνουμε και πράσινο φως, για να δούμε το φυσικό χρώμα τους και να παρακολουθήσουμε την κατάσταση της υγείας τους», εξηγεί.

Μετά από μακροχρόνια πειράματα, οι ειδικοί ανακάλυψαν ότι, παίζοντας με το φως και το CO2, μπορούν να ελέγξουν τα επίπεδα αντιοξειδωτικών στα λαχανικά. Τα φυτά παράγουν αυτές τις ενώσεις σε εχθρικά περιβάλλοντα, προκειμένου να προστατευτούν από την ηλιακή ακτινοβολία και τις ελεύθερες ρίζες που επιταχύνουν τη γήρανση. «Μπροστά σε αυτό τον κίνδυνο, το φυτό παράγει μεγάλες ποσότητες χρωστικών ουσιών που είναι εμπλουτισμένες με καροτενοειδή, φλαβονοειδή και άλλα αντιοξειδωτικά», εξηγεί ο Γκάρι Στουτ, επικεφαλής του προγράμματος.

Χορτοφάγοι κοσμοναύτες
Τώρα πλέον ξέρουμε ότι το ιώδες φως ανεβάζει τα επίπεδα των εν λόγω μοριακών ενώσεων στο μαρούλι. Οι αστροναύτες είναι σημαντικό να τρώνε λαχανικά, γιατί τα αντιοξειδωτικά τούς προστατεύουν από την κοσμική ακτινοβολία, έναν από τους μεγαλύτερους εχθρούς του ταξιδιώτη του διαστήματος». Ο Στουτ μιλάει εκ πείρας: το 2002, μαζί με τον Ιγκνάσιο Εράζο και τον φυσιολόγο Όσκαρ Μόνχε διεξήγαγαν το Πείραμα Φωτοσύνθεσης και Λειτουργιών Ελέγχου του Συστήματος (Photosynthesis Experiment and System Testing Operations, PESTO). Για 73 ημέρες φιλοξένησαν σιτάρι νάνο στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, σε συνθήκες μικροβαρύτητας. Οι μικροσκοπικοί κήποι, που χωρούσαν σε ένα χαρτοφύλακα, έγιναν η αγαπημένη γωνιά των αστροναυτών. «Πρόκειται για το πιο περίπλοκο πείραμα με φυτά που έχει γίνει μέχρι σήμερα στο διάστημα», παρατηρεί ο Όσκαρ Μόνχε. «Ελέγχαμε τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα, την υγρασία, τη θερμοκρασία, τον εξαερισμό, τη λίπανση των φυτών, την ένταση του φωτός. Για να αυξήσουμε τη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα, αρκούσε να προσομοιώσουμε την παρουσία περισσότερων ανθρώπων στο διαστημόπλοιο και να υπολογίσουμε την επίδρασή του στην παραγωγή οξυγόνου από τα φυτά. Διαπιστώσαμε ότι, όταν υπάρχει περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα, τα φυτά καταναλώνουν λιγότερο νερό και αναπτύσσονται πιο γρήγορα, ενώ στη μικροβαρύτητα γίνονται λίγο πιο ψηλά και λεπτά. Επιπλέον, επαληθεύσαμε ότι τα απολυμαντικά που χρησιμοποιούνται στο διαστημικό κέντρο απελευθερώνουν αέρια τα οποία επηρεάζουν την υγεία των φυτών».

Οι ειδικοί έθεσαν επίσης σε εφαρμογή νέα συστήματα εξαερισμού, ζωτικής σημασίας στο διάστημα, όπου ο αέρας έχει διαφορετική δυναμική. Ακόμη, απέδειξαν ότι σε συνθήκες μικροβαρύτητας το νερό εκτοξεύεται προς όλες τις κατευθύνσεις και καταλήγει να εναποτίθεται στον τοίχο και τα φύλλα. Έτσι, σχεδίασαν ένα σύστημα με πορώδεις σωλήνες που διοχετεύουν νερό και θρεπτικά συστατικά, ενώ ταυτόχρονα τροφοδοτούν τις ρίζες με οξυγόνο. «Παρατηρήσαμε ότι η ικανότητα των φυτών να καθαρίζουν τον αέρα και το νερό δεν εξασθενεί καθόλου στο διάστημα», λέει ο Στουτ. «Διαπιστώσαμε ότι, αν διαμορφώναμε για τα φυτά το κατάλληλο περιβάλλον, θα μπορούσαμε να δημιουργήσουμε θερμοκήπια μέσα σε διαστημικές κάψουλες. Το μόνο που έμενε να ελέγξουμε ήταν κατά πόσο διατηρούν στο διάστημα την ικανότητά τους να παράγουν τροφή. Τότε, όμως, κόπηκαν οι επιδοτήσεις για το ερευνητικό πρόγραμμά μας. Η ΝΑSΑ έστρεψε το ενδιαφέρον της στην κατασκευή των πυραύλων Ares και στο πρόγραμμα επανακατάκτησης της Σελήνης».

Σέλινο στη Σελήνη
Ο Όσκαρ Μόνχε έχει διακόψει προσωρινά τα πειράματα με λαχανικά, για να μελετήσει την ποιότητα του αέρα στις επανδρωμένες κάψουλες που θα ταξιδέψουν στη Σελήνη. «Σε ένα απομονωμένο σύστημα κυκλοφορούν όλων των ειδών οι αναθυμιάσεις. Ο αέρας πλημμυρίζει με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία των μηχανημάτων και τις χημικές ουσίες των απολυμαντικών προϊόντων που χρησιμοποιούνται», εξηγεί. «Έλεγξα τις συγκεντρώσεις αερίων και τις επιφάνειες που τα απορροφούν, υποβάλλοντάς τα σε διαφορετικές συνθήκες. Στόχος μου, να δημιουργήσω σεληνιακές κάψουλες με ατμόσφαιρα καθαρή σαν τη φθινοπωρινή αύρα». Ο Μόνχε διεξάγει επίσης μελέτες πάνω στην επεξεργασία βρόμικων υδάτων στις κάψουλες του μέλλοντος, περνώντας τα μέσα από βιοαντιδραστήρες. «Το νερό στο Διαστημικό Σταθμό χρησιμοποιείται από τους αστροναύτες αποκλειστικά ως πόσιμο», εξηγεί ο Τζέι Γκάρλαντ από το Εργαστήριο Ανάκτησης Πόρων. «Δεν το χρησιμοποιούν ούτε για να μαγειρέψουν ούτε για να κάνουν μπάνιο. Πρόκειται για ένα εξαιρετικά πολύτιμο αγαθό. Για να παραγάγουν νερό, απομονώνουν την υγρασία από τον αέρα και ανακυκλώνουν τα ούρα με μια ρωσική μέθοδο. Αυτές τις διαδικασίες μελετάμε την τρέχουσα περίοδο».

Επόμενος στόχος: διαστημικά χωράφια
Οι επιστήμονες επιχειρούν να δημιουργήσουν ένα κλειστό σύστημα όπου τα πάντα θα μπορούν να ανακυκλώνονται μία ή και περισσότερες φορές.

Τι γίνεται όμως με τα θερμοκήπια σε επιφάνειες άλλων πλανητών; «Σε έναν πλανήτη με βαρύτητα τα πράγματα είναι πιο εύκολα απ’ όσο στο διάστημα», επισημαίνει ο Όσκαρ Μόνχε. «Σήμερα μελετάμε αν η βαρύτητα στον Άρη –το ένα τρίτο της γήινης βαρύτητας– θα επαρκούσε για να διατηρήσουμε ένα υδροπονικό σύστημα, με καλλιέργειες σε υδατώδες διάλυμα. Από την άλλη, τα φυτά μπορούν να αναπτύσσονται σε χαμηλές πιέσεις, όμως είναι δύσκολο να τροφοδοτήσουμε τις ρίζες με οξυγόνο και χάνεται πολύ νερό. Επιπλέον, καλούμαστε να τα προστατεύσουμε από την κοσμική ακτινοβολία κατασκευάζοντας ειδικά τοιχώματα».

Τα φυτά θα ήταν μια πραγματική όαση στο εσωτερικό του διαστημόπλοιου. Όχι μόνο γιατί θα παρείχαν στους αστροναύτες τροφή και οξυγόνο, αλλά και για τα αποδεδειγμένα ψυχολογικά οφέλη τους. Είναι χαρακτηριστικό το γεγονός ότι οι επιστήμονες που εργάζονται στην ερευνητική βάση του Νότιου Πόλου ανυπομονούν για μερικές στιγμές χαλάρωσης μέσα στο μικρό θερμοκήπιό της. Εξάλλου, δε χωρά αμφιβολία ότι ένα πεπόνι είναι πιο νόστιμο από ένα τυποποιημένο γεύμα σε σκόνη. «Για να καλλιεργήσουμε φυτά στο διάστημα, πρέπει να έχουμε γνώσεις μηχανικής, φυσικής, χημείας, γεωπονίας, βιολογίας...», λέει ο Εράζο. «Αυτό σε κάνει επιστήμονα: ο συνδυασμός όλων αυτών των περίπλοκων γνώσεων, για να βρεις την πιο αποτελεσματική και, γιατί όχι, απλούστερη λύση».
FOCUS

No comments: