아스트로보타니

Astrobotany
국제우주정거장에서 애호박 재배 중

아스트로보타니는 우주환경에서 식물을 연구하는 식물학의 응용 하위 분야이다.그것은 우주생물학과 식물학의 한 분야이다.

특정 우주 [1]정원의 무중력 제어 환경에서 전형적으로 식물이 외부 공간에서 자랄 수 있다는 것이 연구 주제였다.인간 우주 비행의 맥락에서, 그것들은 음식으로 소비되거나 상쾌한 [2]분위기를 제공할 수 있다.식물은 귀중한 산소를 생산하기 위해 공기 중의 이산화탄소를 대사할 수 있고 실내 [3]습도를 조절하는데 도움을 줄 수 있다.우주에서 식물을 기르는 것은 인간 우주 [3]비행 승무원들에게 심리적 혜택을 줄 수 있다.

우주에서 식물을 기르는 데 있어 첫 번째 도전은 어떻게 중력 [4]없이 식물이 자라게 할 것인가 하는 것이다.이것은 중력이 뿌리발육에 미치는 영향, 적절한 종류의 조명을 제공하는 등의 어려움에 직면한다.특히 뿌리에 대한 영양소 공급과 영양소 생물 지구화학적 순환, 토양 기반 기질 내 미생물학적 상호작용은 특히 복잡하지만 저중력 [5][6]및 미세 중력에서 우주 농사를 가능하게 하는 것으로 나타났다.

NASA는 우주 비행사들에게 먹이를 주는 것을 돕기 위해 우주에서 식물을 재배할 계획이며, 장기 우주 [7]비행에 심리적 이점을 제공할 계획이다.

외계 식물

우주 로봇학은 외계 식물들이 다른 행성에 존재할 수 있다는 생각에 대한 조사였다.여기서 한 예술가는 엑소문 엑소사 [8]해안의 외계 식물들을 상상했다.

다른 행성의 초목 탐사는 행성의 반사광, 즉 행성광의 파장을 분석하여 외계 초목을 발견하려고 시도한 가브릴 티호프로부터 시작되었다.지구의 클로로필과 같은 광합성 색소는 700-750 nm 범위에서 급증하는 빛의 스펙트럼을 반사한다.이 뚜렷한 스파이크는 "식물의 붉은 가장자리"[9]라고 불립니다.행성 광선의 수치에서 이 스파이크를 관찰하는 것은 녹색 식생으로 뒤덮인 표면을 나타내는 것으로 생각되었다.외계 식물 탐색은 다른 행성에서[10] 미생물 생명체를 찾거나 외계 [11]행성에서 생명체의 생존 가능성을 예측하기 위한 수학적 모형으로 인해 경쟁적으로 진행되어 왔다.

우주에서 식물을 키우다

우주 환경에서의 식물 반응 연구는 또 다른 우주 로봇학 연구 주제이다.우주에서 식물은 미소 중력, 이온화 방사선, 산화 스트레스 [12]등 지구에서는 볼 수 없는 독특한 환경 스트레스 요인을 만나게 된다.실험은 이러한 스트레스 요인이 식물 대사 경로에 유전적 변화를 일으킨다는 것을 보여주었다.유전자 발현 변화는 식물이 우주 [13]환경에 분자 수준에서 반응한다는 것을 보여주었다.우주 로봇 연구는 우주와 다른 행성들, 주로 화성에서 생명 유지 시스템을 만드는 도전에 적용되어 왔다.

역사

러시아 과학자 콘스탄틴 치올코프스키는 우주 농업 시스템에서 광합성 생명체를 자원으로 사용하는 것에 대해 논의한 최초의 사람 중 한 명이었다.우주에서의 식물 재배에 대한 추측은 20세기 [14]초부터 있어왔다.우주 로봇학이라는 용어는 1945년 소련의 천문학자이자 우주생물학의 선구자인 가브릴 아드리아노비치 티호프에 [15]의해 처음 사용되었다.티호프는 우주 로봇학의 아버지로 여겨진다.이 분야에서의 연구는 우주 환경에서 자라는 지구 식물과 다른 행성에서 식물 생물을 찾는 것 둘 다로 이루어졌다.

씨앗들

1946년 7월 9일, 미국이 발사한 V-2 로켓에 실려 134 km (83 mi) 상공까지 발사된 "특별히 개발된 종자 변종"이 우주에 최초로 존재했다.이 샘플들은 회수되지 않았다.우주로 발사되어 성공적으로 회수된 최초의 씨앗은 1946년 7월 30일에 발사된 옥수수 씨앗이었고, 곧 호밀과 목화가 그 뒤를 이었다.이러한 초기 아궤도 생물학적 실험은 하버드 대학과 해군 연구소가 담당했으며 살아있는 [16]조직에 대한 방사선 피폭에 관한 것이었다.1971년 500개의 나무 씨앗(로블리 파인, 시카모어, 스위트검, 레드우드, 더글러스 전나무)이 아폴로 14호를 타고 달 주위를 날아다녔다.이 달 나무들은 아무런 변화도 감지되지 않은 지구상에서 제어장치를 가지고 심고 자랐다.

식물

베그-03용으로 재배되고 있는 아루굴라 같은 상추 미즈나

1982년 소련의 살류트 7호 우주정거장 승무원은 리투아니아 과학자(알폰사스 메르키스 등)가 준비한 실험을 실시해 피톤 3호 실험용 미세온실 장치를 이용해 아라비도시스를 재배해 우주에서 [17][18]꽃을 피우고 씨앗을 생산하는 최초의 식물이 됐다.스카이랩 실험은 벼에 [19][20]대한 중력과 빛의 영향을 연구했다.SVET-2 우주온실은 1997년 우주정거장 [3]미르에서 종자간 식물 성장에 성공했다.Bion 5는 Daucus carota를, Bion 7은 옥수수(옥수수)를 운반했다.

국제우주정거장에 대한 식물 연구는 계속되었다.바이오매스 생산 시스템은 ISS Expedition 4에 사용되었다.야채 생산 시스템(베지)은 나중에 [21]ISS에서 사용되었습니다. 우주 여행을 하기 전에 베지에서 테스트된 식물에는 상추, 스위스산 샤드, 무, 배추, [22]완두콩이 포함되어 있습니다.레드 로메인 상추는 익혀서 냉동하고 지구상에서 실험한 후 수확한 탐험대 40호에서 우주에서 재배되었다.탐험대 44명은 2015년 8월 10일, 레드 로마인의 작물이 [23]수확되었을 때 우주에서 자란 식물을 먹은 최초의 미국 우주비행사가 되었다.2003년 이후 러시아 우주비행사들은 농작물의 절반을 먹는 반면 나머지 절반은 더 [24]많은 연구를 하고 있다.2012년, NASA의 우주비행사 도널드 [25]페티트의 보살핌 아래 ISS에서 해바라기가 피었습니다.2016년 1월,[26] 미국 우주비행사들은 ISS에 지니아가 꽃피었다고 발표했다.

2018년에는 식물 베개와 뿌리 [27]매트로 베기-3 실험을 했다.목표 중 하나는 승무원의 [28]소비를 위한 식량을 재배하는 것이다.이때 시험되는 작물에는 양배추, 상추, [29]미즈나가 포함된다.

우주에서 자라는 알려진 육생 식물

주요 기사: 우주에 있는 식물
국제우주정거장에서 재배된 '외계' 적상추 품종.

우주에서 재배된 식물은 다음과 같습니다.

담배나 나팔꽃과 같은 몇몇 식물들은 우주에서 직접 자라지 않고 우주 환경에 노출되어 지구에서 [40]발아하고 자라왔다.

우주에서의 생명 유지용 식물

상추는 냉동되어 지구로 돌아오기 전에 국제우주정거장에서 재배되고 수확된다.

조류들은 인간-식물 생명 유지 시스템의 첫 번째 후보였다.1950년대와 1960년대의 초기 연구는 클로렐라, 아나시스티스, 시네코시스티스, 스케네데스머스, 시네코코커스, 스피루리나 종을 사용하여 [41]O와 CO2 순환에 광합성2 유기체가 어떻게 사용될 수 있는지를 연구했습니다.이후 러시아의 BIOS 프로그램과 미국의 CELSS 프로그램을 통한 연구는 대기조절기, 폐기물 재활용기, 지속적인 임무를 위한 식량 등의 역할을 수행하기 위해 고등식물의 사용을 조사했다.가장 일반적으로 연구되는 작물은 밀, 감자, 쌀과 같은 녹말 작물, 콩, 땅콩, 콩과 같은 단백질이 풍부한 작물, 그리고 상추, 딸기,[42] 케일과 같은 영양을 증진시키는 작물들이다.폐쇄 시스템에서 최적의 성장 조건을 테스트하기 위해 특정 작물(단일 작물과 장일 작물의 다른 광속 등)과 생명 유지 시스템 성장에 가장 적합한 재배종에 필요한 환경 매개변수에 대한 연구가 필요했다.

우주에서 인간-식물 생명 유지 시스템의 테스트는 지구에서 수행된 유사한 테스트와 우주에서의 식물 성장에 대한 미소 중력 테스트에 비해 상대적으로 적다.우주에서 행해진 최초의 생명 유지 시스템 테스트는 밀, 감자, 그리고 거대한 오리풀과의 가스 교환 실험을 포함했다.때때로 "샐러드 머신"이라고 불리는 소규모 프로젝트는 우주비행사에게 영양 보조 [41]식품으로 신선한 농산물을 제공하기 위해 사용되어 왔습니다.미래의 연구는 식물을 제한된 [43]환경에서 인간의 정신 건강에 미치는 영향을 조사하기 위해 계획되었다.

보다 최근의 연구는 이러한 생명 유지 시스템을 다른 행성, 주로 화성 기지로 추정하는 데 초점을 맞추고 있다."모듈러 생물권"이라고 불리는 연동형 폐쇄 시스템은 화성 표면에 [44]있는 4-5명의 승무원을 지원하기 위해 프로토타입으로 제작되었다.이 야영지는 팽창식 온실과 [45]기지로 설계되었다.화성 토양은 성장 기질 및 폐수 처리를 위해, 작물 재배는 은하계 외 [46]생명체를 위해 특별히 개발될 것으로 예상된다.화성의 달 포보스를 자원 기지로 사용하는 것에 대한 논의도 있어, 잠재적으로 지표면에서 얼어붙은 물과 이산화탄소를 채굴하고, 결국 채굴 [45]임무 중에 채취할 수 있는 자율 성장실을 위해 공동 크레이터를 사용하는 것이 목적이다.

식물 연구

식물 연구의 연구는 식물학과 원예학의 다른 분야에 유용한 정보를 제공해 왔다.수경 재배 시스템에 대한 광범위한 연구는 CELSS와 ALS 프로그램뿐만 아니라 다양한 작물 [41]종에 대한 광작동 및 광강도 증가의 영향에서 성공적으로 수행되었습니다.연구는 또한 실내 작물 시스템에서 이전에 달성한 것보다 더 많은 수확량을 최적화하는 결과를 가져왔다.폐쇄 시스템의 가스 교환 및 식물 휘발성 농도에 대한 집중적인 연구는 이산화탄소 및 에틸렌과 같은 극단적인 가스 수준에 대한 식물 반응에 대한 이해를 증가시켰다.폐쇄 수명 지원 시스템 연구에서 LED의 사용은 실내 성장 작업에서 [47]LED의 사용을 증가시켰다.

실험

가상의 화성 기지에서 자라는 식물의 그림.

식물에 대한 몇 가지 실험은 다음과 같습니다.

실험 결과

ISS의[55] 어린 해바라기 식물

몇몇 실험들은 식물의 성장과 분포가 어떻게 미소 중력, 우주 조건과 지구의 조건을 비교하는지 초점을 맞춰왔다.이를 통해 과학자들은 특정 식물의 성장 패턴이 선천적인지 또는 환경적인지를 탐구할 수 있습니다.예를 들어, 앨런 H. 브라운은 1983년 우주왕복선 컬럼비아호에서 묘목의 움직임을 실험했다.해바라기 모종의 움직임은 궤도에 있는 동안 기록되었다.그들은 중력이 부족함에도 불구하고 묘목들이 여전히 회전 성장과 회전을 경험하는 것을 관찰하였고,[56] 이러한 행동들이 내재되어 있음을 보여주었다.

다른 실험들은 식물들이 낮은 중력 조건에서도 중력론을 나타낼 수 있는 능력을 가지고 있다는 것을 발견했다.예를 들어, ESA의 유럽 모듈식 재배 시스템은[57] 식물의 성장에 대한 실험을 가능하게 합니다; 작은 온실 역할을 하는 국제 우주 정거장에 탑승한 과학자들은 식물이 다양한 중력 조건에서 어떻게 반응하는지를 조사할 수 있습니다.Gravi-1 실험(2008)은 칼슘 의존 [58]경로에서 렌틸 묘목 성장과 아밀로플라스트 이동을 연구하기 위해 EMCS를 이용했다.이 실험의 결과는 식물들이 매우 낮은 [59]수준에서도 중력의 방향을 감지할 수 있다는 것을 알아냈다.이후 EMCS를 사용한 실험은 다양한 중력 변화를 자극하기 위해 768개의 렌틸 묘목을 원심분리기에 넣었다. 이 실험, Gravi-2(2014)는 식물이 여러 중력 [60]수준에서 자라는 동안 뿌리 성장을 향해 칼슘 신호를 변화시킨다는 것을 보여주었다.

많은 실험들은 한 가지 특정한 성장 행태가 아닌 전체 식물 성장 패턴을 관찰하는 데 있어 보다 일반적인 접근방식을 가지고 있다.캐나다 우주국의 한 실험 예를 들어, 나무 껍질은 회갈색. 묘목을 다르게anti-gravity 우주 환경에서Earth-bound 묘목에 비해;[61]은 우주 묘목을, 침엽에서 강화된 성장을 보이고 또한amyloplast 유통 랜덤화된 Earth-bound 사에 비해 증가했다ntrol [62]그룹

대중문화에서

Astrobotany는 공상과학 문학 및 영화에서 몇 가지 인정을 받았다.

  • 1972년 영화 '사일런트 런닝'에서는 미래에 지구상의 모든 식물들이 멸종할 것임을 암시하고 있다.가능한 많은 표본들이 현재 토성 궤도 바로 바깥에 있는 아메리칸 항공 우주 화물선단의 일부를 형성하는 밸리 포지라는 이름의 대형 우주선에 부착된 일련의 온실 같은 지오데식 돔에 보존되어 왔다.
  • 찰스 셰필드의 1989년 소설 프로테우스 언바운드는 거대한 중공 "행성"에 매달려 있는 조류를 바이오 연료로 사용하여 닫힌 에너지 시스템을 [63]만든다고 언급하고 있다.
  • 2009년 영화 아바타는 [64]판도라의 식물에 관한 최초의 우주생물학 논문을 쓴 외부생물학자 그레이스 어거스틴 박사가 등장한다.
  • 앤디 위어의 2011년 책과 2015년 영화 '마션'[65]은 화성에 갇혀 있는 동안 원예적 배경을 이용해 감자를 재배하는 식물학자 마크 와트니의 영웅적인 생존을 강조한다.

「 」를 참조해 주세요.

오닐의 실린더 공간 서식지를 가정한 내부 모습에서 육지와 창문의 줄무늬가 번갈아 보입니다.

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