Космический огород
Еще до начала космической эпохи фантасты представляли космические корабли как оранжереи. Чтобы жить, человеку нужны кислород и еда, а это как раз дают растения. Конечно, они были на борту первых ракет, правда, только в виде семян. Ученым для начала нужно было понять, могут ли растения пережить пребывание в невесомости. Экспериментировали с кукурузой, пшеницей, горохом, луком и культурами грибов. Взращивались они уже на Земле, причем без каких-либо проблем. Следующей целью стало получение всходов. Первые полеты были недостаточно долгими для этого, к тому же есть проблема с почвой и водой, которые будут постоянно разлетаться в невесомости. Однако уже в первом полете длительностью пять дней Валерий Быковский смог получить первый росток. Для эксперимента был выбран горох как одно из самых быстрорастущих растений. Семена закутали в марлю, пропитанную питательным составом.
Это исследование показало, что воплощение в реальность мечты об оранжереях в космосе вполне возможно, только нужно продумать, как это сделать.
Первая установка «Вазон» использовала гидропонику – способ выращивания без почвы с подачей питательного раствора к корням и искусственным источником света. Правда, полет с ней у корабля «Союз‐10» был коротким из-за технических проблем. Следующий экипаж станции «Салют» изучал лен, хибинскую капусту, лук-крепис в эксперименте «Оазис». Результаты были крайне скромными. Корни «не понимали», в какую сторону им развиваться. Они росли и вверх, и вниз, закручивались и сплетались. Только 40 % посевов взошло. Этот факт заинтересовал ботаников – как растения чувствуют гравитацию? Ответ на этот вопрос помог бы строить сады на самых разных поверхностях и использовать под сельское хозяйство бо́льшие территории, в том числе в городах. Воздействие гравитации на растения получило название геотропизм.
Следующая усовершенствованная оранжерея «Оазис» была на станции «Салют‐4». Георгий Гречко и Алексей Губарев ухаживали за горохом. Они отметили, что эксперимент по выращиванию растений очень хорошо отражается на психологическом и эмоциональном состоянии, но сам процесс – весьма сложный. Вода не распределялась по установке равномерно. Некоторые грядки сохли, а другие полностью оказывались в воде и начинали подгнивать. Капиллярные каналы не распределяли, а качали воду. Тем не менее после небольшого усовершенствования космонавтам удалось получить три образца, похожие на земные, из 36 семян. Но биологический анализ показал, что эти образцы на самом деле вовсе не идентичны земным – структура клеток была совершенно иной. Вероятно, из-за отсутствия конвекции и стандартного переноса тепла не происходит обычных для Земли процессов обмена питательными веществами от корня к листьям и наоборот. Другое открытие заключалось в важности изначального положения семечка. Если оно было развернуто корнем к лампе, то погибало.
Уже в следующем полете Виталий Севастьянов и Пётр Климук правильно посадили горох, и на этот раз почти все растения взошли. Кроме того, космонавты по собственной инициативе провезли луковицы, которые тоже посадили в «Оазис». Те прекрасно развивались до стадии цветения. Стрелки зеленого лука выросли до 15 см.
Параллельно на американской станции «Скайлэб» проводилось исследование риса и водного сорняка элодеи. Их выбрали, поскольку при добавлении в них красителя хорошо видно структуру и движение цитоплазмы в клетках. А вот почему на орбите ничего не цветет – большой вопрос. Чтобы опровергнуть теорию плохой оранжереи, на станцию были отправлены тюльпаны с бутонами, готовые зацвести уже на следующий день. Растения хранились в специальном контейнере «Лютик» на корабле «Союз‐34». Эксперимент провалился – ни один бутон не раскрылся. Это стало настоящим вызовом для ученых – довести растения до цветения и получения урожая.
На станции «Салют‐6» было сразу пять оранжерей разной конструкции: «Оазис‐1» для травянистых растений, льна, гороха, пшеницы, «Вазон» для луковичных растений и овощей, «Фитон» для арабидопсиса, «Малахит» для орхидей и «Светоблок» для мха и водорослей.
Собственно еду для космонавтов удалось получить быстро. Ковалёнок и Рюмин смогли впервые попробовать стрелки лука. По их словам, вкус был обычный, неотличимый от земного аналога. Кончик быстро сох даже несмотря на обильный полив. Ковалёнок воспользовался деревенским методом и обрезал кончик. Это помогло – его растение развивалось лучше, чем главный образец под контролем ученых. Неплохо, но развитие перьев останавливается. Следующий экипаж посадил в «Вазоне» огурцы, перец и помидоры. Также космонавты провели эксперименты с центрифугой «Биогравистат» и сорняком креписом капиларисом. Несколько семян ориентировали верно, а одно перевернули, но и оно проросло. С искусственной силой тяжести развитие шло куда лучше. Сверх плана Ляхов и Рюмин вырастили в центрифуге огурцы, но цветения опять не было. Экипаж предложил попробовать вначале раскрутить семена гороха на центрифуге, а потом пересадить их в контейнер с невесомостью. К следующему полету Рюмина с Поповым были созданы устройства «Электропотенциал» и «Магнитогрависат». Они стимулировали рост слабыми полями. Причем во втором случае магнитное поле постоянно меняли, и это усугубило ситуацию. Проросли только вьющиеся корни.
Еще одно предположение – на развитие растений влияет магнитное поле. Многие белки и сложные углеводы в организме обладают полярностью, то есть выделенным направлением. При появлении и росте они сами ориентируются вдоль внешней силы.
Насколько сильно влияет искусственный свет? Гриб трутовик зимний отличается хорошо выраженной геотропической реакцией и не нуждается в постоянном освещении. Это свойство и было использовано при постановке эксперимента: один контейнер с грибницей поместили в темный отсек станции, другой – выставили на свет. Плодовые тела образовались при освещении, которое заменило силу тяжести.
Существуют растения, которые не так зависимы от гравитации. Например, орхидеи растут на деревьях и вверх, и вниз, у них нет проблем, если корни находятся на воздухе без почвы. Поэтому они стали идеальными кандидатами для космического эксперимента. Часть орхидей отправили в космос уже во время цветения. Эти растения обладают рекордной длительностью цветения – до шести месяцев. Правда, уже через два дня на орбите бутоны отпали, а новые не появлялись, хотя растение и становилось крупнее. Также ботаников очень удивил следующий факт – как только орхидеи через полгода пребывания в космосе оказались на Земле, они расцвели через пару дней как ни в чем не бывало.
Мох не цветет, не имеет корней и может расти в любом положении, даже на камнях вверх ногами. Ботаникам было интересно добиться полного цикла у такого вида