luckyea77 (luckyea77) wrote,
luckyea77
luckyea77

Category:

Космическая фабрика для всего: как и зачем на МКС выращивают еду, органы и кости



На МКС регулярно производят эксперименты про производству разных типов овощей, зелени и даже костных структур. Следующее амбициозное решение — сделать на околоземной орбите органоиды и доставить на Землю для изучения. Рассказываем, как проходят такие эксперименты и зачем.

Сельское хозяйство на МКС

Космонавты проводят на МКС месяцы и в их обычном рационе мало фруктов, овощей и зелени — обычно их привозят с Земли грузовыми посылками. Из-за этого дефицита они иногда теряют в весе и могут перестать испытывать чувство голода. Поэтому ученые уже давно задумались о том, чтобы выращивать на околоземной орбите все необходимое. Также эти методики в перспективе помогут при колонизации планет.

В апреле 2014 года грузовой корабль Dragon SpaceX доставил на Международную космическую станцию установку для выращивания зелени Veggie, а в марте астронавты начали тестировать орбитальную плантацию. Установка контролирует свет и поступление питательных веществ. В августе 2015-го в меню астронавтов включили свежую зелень, выращенную в условиях микрогравитации.



Зелень с МКС

В российском сегменте Международной космической станции действует оранжерея «Лада» для эксперимента «Растения-2». В конце 2016 или начале 2017 года на борту появится версия «Лада-2». Над этими проектами работает Институт медико-биологических проблем РАН.


Но все эти эксперименты не обошлись без сложностей, с которыми мы на Земле не сталкиваемся во время садоводства:

  • Микрогравитация. На околоземной орбите и на потенциальных планетах-колониях сила тяжести меньше привычной нам. Слабая гравитация влияет на многие особенности развития организмов, и растения не исключение. В экспериментах, где одни и те же культуры высаживали на Земле и на МКС, некоторые виды на орбите заметно теряли во вкусе и питательности.
  • Нарушение темплообмена. Такая проблема возникает, если замкнутое пространство плохо вентилируется. При этом вокруг растения накапливаются летучие органические вещества, способные затормозить его рост.
  • Радиация. Наблюдения показывают, что постоянное излучение может вызывать повреждения ДНК и мутации, а также влияет на уровень экспрессии генов


  • Нетипичные методы выращивания овощей и зелени в космосе

  • Гидропоника


  • Грядки, почва и глина много весят, поэтому ученые искали способы исключить его из процесса выращивания. Исследователи все чаще смотрят в сторону методов, в которых зелень и овощи растут в воде, — гидропоники и аэропоники.

    Можно держать корни в воде постоянно или использовать методику прилива-отлива, а также использовать разнообразные субстраты, удерживающие нужное количество жидкости.

  • Аэропоника


  • Тут корни растейний находятся не в воде, а в воздухе. Рядом установлены распылители, которые время от времени обволакивают корни легкой дымкой из крохотных капель питательного раствора.

    Так растения получают и питание, и достаточное количество кислорода — риск задушить урожай слоем воды намного ниже, чем в случае с классической гидропоникой. Уменьшается и риск болезни растений, так как опасные микроорганизмы часто поселяются в воде или влажном субстрате.

  • Антропоника


  • В этом случае вода и удобрения для гидропонных установок берутся из отходов жизнедеятельности экипажа.

    Например, моча астронавтов может стать основой азотных удобрений, такой опыт уже провели на Земле итальянские ученые. Но в реальности перейти на эту технологию не так просто. В экскрементах астронавтов может обнаружиться, например, избыток некоторых металлов.

    Космические кости: на МКС вырастили фрагмент скелета

    В ноябре 2019 года российские ученые впервые вырастили фрагменты костной структуры в условиях невесомости. В ходе экспериментов на МКС были изготовлены образцы ткани из кальций-фосфатной керамики, которые заселили живыми клетками.

    В настоящее время их всесторонне изучают на Земле. В будущем технология позволит создавать костные импланты для пересадки космонавтам, находящимся в дальних межпланетных экспедициях.

  • Зачем могут понадобиться фрагменты скелета в космосе


  • Идея звучит логично, но пока сильно футуристично — чтобы оказывать специализированную медицинскую помощь. По мнению экспертов, необходимо создавать новые средства космической медицины, в том числе для формирования тканей организма в условиях невесомости. В будущем их можно будет пересадить космонавтам, если они заболеют или получат травму.

  • Из чего выращивали фрагменты скелета


  • В исследовании использовали биосовместимые материалы на основе кальций-фосфатной керамики: она по своему составу практически идентична неорганической составляющей настоящей кости.

    Уникальные свойства разработки достигаются за счет самоорганизации материала при физиологических температурах, отметил директор Института металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН Владимир Комлев.

  • По какой технологии выращивают кости


  • Прибор работает по технологии магнитной левитации в невесомости, при которой объект создается не послойно, как в обычных 3D-принтерах, а сразу со всех сторон — по принципу лепки снежка.

    С помощью такого способа производства космонавтам удалось сформировать из керамических частиц фрагмент костной ткани сфероидной формы. После чего фрагменты начали взаимодействовать друг с другом, образуя устойчивые химические связи

  • На каком этапе находятся исследователи


  • В настоящее время ученым удалось решить сложную задачу обработки материала с помощью биофабрикационных технологий, которые подразумевают искусственное создание биологических объектов.

    Однако по сравнению с пластиковыми и металлическими аналогами керамика является более хрупкой основой, использование которой в ряде случаев может потребовать дополнительного упрочнения импланта.

    Как пройдет эксперимент по выращиванию органов на МКС

    Исследователи из Космического центра Цюрихского университета совместно с Airbus в рамках полета по пополнению запасов отправили на МКС стволовые клетки человека для выращивания органоидов, — мини-копий человеческих органов.


    Проект получил название «3D-органоиды в космосе». Он был разработан исследователями Цюрихского университета Оливером Ульрихом и Корой Тиль, которые изучили, как гравитация влияет на человеческие клетки. Команда Airbus Innovations, в свою очередь, разработала необходимое оборудование и обеспечивает доступ к МКС.


  • Зачем выращивать органоиды


  • Органоиды — постоянные части клетки, выполняющие определенные функции. На искусственных трехмерных органоидах можно проводить токсикологические исследования, это позволит исключить эксперименты на животных. Также органоидами можно заменять фрагменты ткани при лечении поврежденных органов.

  • Почему органоиды решили выращивать в невесомости


  • Исследователи отмечают, что на Земле выращивать трехмерные органоиды невозможно из-за силы земного притяжения.



    На Земле нельзя вырастить трехмерные органоиды без какого-либо поддерживающего каркаса. В космосе, где нет гравитации, эта проблема решается сама собой.
    (Кора Тиль, ученый и биолог)




  • Как пройдет эксперимент по выращиванию органов на МКС


  • Во время следующей миссии на орбиту отправят тканевые стволовые клетки двух женщин и двух мужчин разного возраста. Исследователи проверят, насколько надежен их метод при использовании клеток с различной биологической изменчивостью.

  • Перспективы выращивания органоидов в космосе


  • Также ученые планируют, что в будущем на МКС будет мастерская по производству человеческих тканей, которые можно использовать на Земле в научных целях и в медицине.

    Успешное проведение данного эксперимента станет настоящим прорывом для медицины. С одной стороны, фармацевтические компании смогут проводить токсикологические исследования сразу на тканях человека, без необходимости проведения экспериментов на животных. Кроме того, в будущем органоиды, выращенные из стволовых клеток пациентов, могут быть использованы для трансплантации — возможно, это поможет удовлетворить мировой спрос на донорские органы.


    Источник

    Tags: космос
    Subscribe

    Posts from This Journal “космос” Tag

    promo luckyea77 december 30, 15:00 8
    Buy for 10 tokens
    По этой ссылке (или этой) можно скачать информационную базу для программы "1С:Предприятие". С помощью данной базы можно готовиться и сдавать экзамены по темам: - Электробезопасность - Основы промышленной безопасности А.1 - Специальные требования промышленной безопасности: Б 9.31.…
    • Post a new comment

      Error

      default userpic

      Your IP address will be recorded 

      When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
      You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
    • 2 comments