trusted
7110
редагувань
Відмінності між версіями «Біологія рослин в космосі: наукові результати та проблеми»
Матеріал з wiki.vnu.edu.ua
Біологія рослин в космосі: наукові результати та проблеми (переглянути вихідний код)
Версія за 11:13, 29 листопада 2020
, 11:13, 29 листопада 2020нема опису редагування
| (Не показані 4 проміжні версії цього користувача) | |||
| Рядок 1: | Рядок 1: | ||
[[Файл:Біологія рослин.jpg|Семінар в онлайн на тему: "Біологія рослин в космосі: наукові результати та проблеми"|міні]] | |||
Освоєння космічного простору, зокрема облаштування постійних колоній на інших планетах Сонячної системи, потребуватиме створення там умов, за яких людина зможе повноцінно жити, – фактично, штучної біосфери. Перші кроки в цьому напрямі роблять і вітчизняні дослідники – фахівці Інституту ботаніки імені М.Г. Холодного НАН України, Національного ботанічного саду імені М.М. Гришка НАН України, Національного технічного університету України (НТУУ) «Київський політехнічний інститут (КПІ) імені Ігоря Сікорського», Національного університету «Києво-Могилянська академія» – у співпраці з литовськими колегами з Центру дослідження природи (м. Вільнюс).<br /> | |||
На сьогодні актуальна ідея використання рослин як необхідних компонентів біорегенеративних систем життєзабезпечення космонавтів у тривалих міжпланетних польотах ще дуже далека від практичного втілення, що потребує створення космічних оранжерей достатнього об’єму, постановки космічних експериментів для відпрацювання технологій зеленого конвеєра на борту космічних апаратів та проведення генетикоселекційних робіт з метою одержання сортів сільськогосподарських культур, адаптованих до умов космічного польоту.<br /> | |||
.<br /><br /> | |||
У серпні 2012 р. у м. Фрайбург (Німеччина) відбувся Симпозіум «Біологія рослин в космосі», організований Міжнародною робочою групою з наук про життя в космосі (космічна біологія та медицина) разом з Федерацією європейських товариств з біології рослин (FESPB) і Європейською організацією з наук про рослини (EPSO) з метою аналізу та обговорення наукових досягнень і визначення нагальних наукових питань та технічних можливостей сьогодення та майбутнього за участю майже 50 провідних експертів в цій галузі. До групи входять вісім провідних космічних агентств світу: НАСА (NASA) США, Європейське космічне агентство (ESA), Національні космічні агентства Канади (CSA), Франції (CNES), Німеччини (DLR), Італії (ASI), Японії (JAXA), Державне космічне агентство України (SSAU). Головна мета діяльності групи, яку було організовано в 1991 р., – стимулювати міжнародне співробітництво та координацію досліджень в галузі космічних наук про життя, сприяти ефективному використанню космічних апаратів і Міжнародної космічної станції.<br /> | |||
На Симпозіумі відбулися презентації агентств — членів групи про основні напрямки фундаментальних досліджень в галузі біології рослин в космосі та рішення прикладних завдань вирощування сільськогосподарських культур у тривалих космічних подорожах на Марс, перебування на Місяці (місячні бази) в країнах, які вони представляють.<br /> | |||
'''ДІЯЛЬНІСТЬ КОСМІЧНИХ АГЕНТСТВ – ЧЛЕНІВ ГРУПИ В ГАЛУЗІ КОСМІЧНОЇ ТА ГРАВІТАЦІЙНОЇ БІОЛОГІЇ РОСЛИН'''<br /> | '''ДІЯЛЬНІСТЬ КОСМІЧНИХ АГЕНТСТВ – ЧЛЕНІВ ГРУПИ В ГАЛУЗІ КОСМІЧНОЇ ТА ГРАВІТАЦІЙНОЇ БІОЛОГІЇ РОСЛИН'''<br /> | ||
CNES (Франція) продовжує сприяти дослідженням механізмів гравічутливості рослин, автоморфогенезу та протеомного профілю проростків в умовах мікрогравітації, впливу зміненої гравітації на перерозподіл іонів кальцію та переміщення амілопластів у гравірецепторних клітинах – статоцитах. | CNES (Франція) продовжує сприяти дослідженням механізмів гравічутливості рослин, автоморфогенезу та протеомного профілю проростків в умовах мікрогравітації, впливу зміненої гравітації на перерозподіл іонів кальцію та переміщення амілопластів у гравірецепторних клітинах – статоцитах. Найважливішим для фундаментальних і прикладних досліджень з метою вирощування сільськогосподарських культур в тривалих польотах, подорожах до Місяця та Марса є з’ясування взаємодії шляхів сигналінгу сприйнятого гравітаційного стимулу з гормональним комплексом.<br /> | ||
Поточна космічна програма з наук про життя в космосі DLR (Німеччина) під керівництвом Німецького аерокосмічного центру складається з трьох основних розділів: <br /> | Поточна космічна програма з наук про життя в космосі DLR (Німеччина) під керівництвом Німецького аерокосмічного центру складається з трьох основних розділів: <br /> | ||
| Рядок 13: | Рядок 19: | ||
2) покращення здоров’я, <br /> | 2) покращення здоров’я, <br /> | ||
3) розвідка. <br /> | 3) розвідка. <br /> | ||
Дослідження першого розділу спрямовані на пізнання впливу гравітації на живі системи та її ролі в еволюції, в цьому контексті вони є завжди пріоритетними в програмі. Другий розділ включає дослідження реакцій різних систем тіла людини та їхню взаємодію від впливом різних гравітаційних навантажень. Оскільки зміни здоров’я космонавтів в умовах мікрогравітації подібні до таких у людей похилого віку, результати космічних експериментів особливо важливі для суспільства, яке старіє. Третій розділ до деякої міри є новим у Програмі з наук про життя як частина досліджень космосу у масштабах світу, що відбуваються та плануються в наш час. Для виконання Програми адміністрація Центру забезпечує необхідну інфраструктуру та польотні можливості, укладає контракти з промисловістю для створення дослідницького обладнання та здійснює додаткове фінансування наукових колективів університетів та інших дослідницьких інститутів. | Дослідження першого розділу спрямовані на пізнання впливу гравітації на живі системи та її ролі в еволюції, в цьому контексті вони є завжди пріоритетними в програмі. Другий розділ включає дослідження реакцій різних систем тіла людини та їхню взаємодію від впливом різних гравітаційних навантажень. Оскільки зміни здоров’я космонавтів в умовах мікрогравітації подібні до таких у людей похилого віку, результати космічних експериментів особливо важливі для суспільства, яке старіє. Третій розділ до деякої міри є новим у Програмі з наук про життя як частина досліджень космосу у масштабах світу, що відбуваються та плануються в наш час. Для виконання Програми адміністрація Центру забезпечує необхідну інфраструктуру та польотні можливості, укладає контракти з промисловістю для створення дослідницького обладнання та здійснює додаткове фінансування наукових колективів університетів та інших дослідницьких інститутів. Вчені та промисловість Німеччини відіграють провідну роль в дослідженнях біології рослин у космосі.<br /> | ||
Європейське космічне агентство (ЕКА) здійснює організацію досліджень в галузі гравітаційної біології рослин у тривалих та короткочасних космічних і наземних експериментах. На борту МКС тепер перебуває обладнання трьох типів для проведення експериментів з космічної біології — KUBIK, EMCS и BIOLAB, які забезпечують контрольовані умови температури, рівня гравітації, складу атмосфери, освітлення та відеозйомку. Наприклад, у модульному інкубаторі/ холодильнику KUBIK проведено приблизно 30 космічних експериментів на МКС в Російському сегменті та Європейському модулі «Columbus». Короткочасні експерименти з метою вивчення впливу мікрогравітації на рослини in vivo та in vitro протягом хвилин або секунд провадяться на борту метеорологічних зондів і в параболічних польотах. В наземних експериментах використовуються спеціалізовані центрифуги та клиностати різних типів. Передбачається подальше посилення співробітництва вчених різних країн в галузі гравітаційної біології рослин з використанням наявного обладнання та технічних можливостей.<br /> | Європейське космічне агентство (ЕКА) здійснює організацію досліджень в галузі гравітаційної біології рослин у тривалих та короткочасних космічних і наземних експериментах. На борту МКС тепер перебуває обладнання трьох типів для проведення експериментів з космічної біології — KUBIK, EMCS и BIOLAB, які забезпечують контрольовані умови температури, рівня гравітації, складу атмосфери, освітлення та відеозйомку. Наприклад, у модульному інкубаторі/ холодильнику KUBIK проведено приблизно 30 космічних експериментів на МКС в Російському сегменті та Європейському модулі «Columbus». Короткочасні експерименти з метою вивчення впливу мікрогравітації на рослини in vivo та in vitro протягом хвилин або секунд провадяться на борту метеорологічних зондів і в параболічних польотах. В наземних експериментах використовуються спеціалізовані центрифуги та клиностати різних типів. Передбачається подальше посилення співробітництва вчених різних країн в галузі гравітаційної біології рослин з використанням наявного обладнання та технічних можливостей.<br /> | ||
| Рядок 42: | Рядок 48: | ||
Європейська модульна культиваційна система (EMCS) для експериментів з рослинами, як і BIOLAB, функціонує як інкубатор і забезпечує проведення біологічних експериментів в контрольованих умовах. EMCS містить дві центрифуги з прискоренням від (0.001...2)g, на яких може розміщуватися до вісьми експериментальних контейнерів. Вона забезпечує контроль складу газів повітря, включаючи систему для видалення етилену, автоматичну подачу води, контроль вологості на рівні контейнерів, освітлення тавідеозйомку. В цьому обладнанні на борту МКС проведені експерименти з сочевицею (Lens culinaris L.) ЕКА та Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. ЕКА та НАСА. Система для виробництва біомаси (Biomass Production System, BPS, USA) складається із чотирьох камер для росту рослин, кожна з яких забезпечує незалежний контроль температури, відносної вологості, рівень освітленості, концентрації СО<sub>2</sub>. Камери можуть бути витягнуті із системи для взяття зразків, збору або запилення рослин. В якості джерела світла використано лампи денного світла, етилен видаляється за допомогою газопоглинача фотокаталітичного TiO<sub>2</sub>. Висота камери дорівнює 13 см, площа — 0.0264 м<sup>2</sup>, глибина лотка для коренів — 3 см. Лоток для коренів відділений від повітряної частини камери покриттям із пінки та колектором для циркуляції повітря. Вода подається до субстрату через три пористі трубки помпою із лічильником для підтримання в субстраті постійного водного потенціалу. В цьому обладнанні на борту МКС проведено експерименти з пшеницею (Triticum aestivum L.), карликовий сорт Апогей, для проростання зернівок якого не потрібна яровизація, та з рапсом (Brassica rapa I.).<br /> | Європейська модульна культиваційна система (EMCS) для експериментів з рослинами, як і BIOLAB, функціонує як інкубатор і забезпечує проведення біологічних експериментів в контрольованих умовах. EMCS містить дві центрифуги з прискоренням від (0.001...2)g, на яких може розміщуватися до вісьми експериментальних контейнерів. Вона забезпечує контроль складу газів повітря, включаючи систему для видалення етилену, автоматичну подачу води, контроль вологості на рівні контейнерів, освітлення тавідеозйомку. В цьому обладнанні на борту МКС проведені експерименти з сочевицею (Lens culinaris L.) ЕКА та Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. ЕКА та НАСА. Система для виробництва біомаси (Biomass Production System, BPS, USA) складається із чотирьох камер для росту рослин, кожна з яких забезпечує незалежний контроль температури, відносної вологості, рівень освітленості, концентрації СО<sub>2</sub>. Камери можуть бути витягнуті із системи для взяття зразків, збору або запилення рослин. В якості джерела світла використано лампи денного світла, етилен видаляється за допомогою газопоглинача фотокаталітичного TiO<sub>2</sub>. Висота камери дорівнює 13 см, площа — 0.0264 м<sup>2</sup>, глибина лотка для коренів — 3 см. Лоток для коренів відділений від повітряної частини камери покриттям із пінки та колектором для циркуляції повітря. Вода подається до субстрату через три пористі трубки помпою із лічильником для підтримання в субстраті постійного водного потенціалу. В цьому обладнанні на борту МКС проведено експерименти з пшеницею (Triticum aestivum L.), карликовий сорт Апогей, для проростання зернівок якого не потрібна яровизація, та з рапсом (Brassica rapa I.).<br /> | ||
Оранжерея «Лада» (Росія) має площу 340 см2, повітряний об’єм – приблизно 14 л, об’єм лотка для коренів – 1.5 л. В оранжереї контролюється відносна вологість субстрату 40-90 %, достатнє освітлення забезпечується флуоресцентними лампами, вимірюється вологість, температура та кисень субстрату, температура повітря та поверхні листків, відносна вологість, кисень та | Оранжерея «Лада» (Росія) має площу 340 см2, повітряний об’єм – приблизно 14 л, об’єм лотка для коренів – 1.5 л. В оранжереї контролюється відносна вологість субстрату 40-90 %, достатнє освітлення забезпечується флуоресцентними лампами, вимірюється вологість, температура та кисень субстрату, температура повітря та поверхні листків, відносна вологість, кисень та СО<sub>2</sub> повітря, рівень освітлення. Проведено експерименти з карликовими лініями гороху (Pisum sativum L.), в яких було отримано чотири покоління рослин на борту МКС.<br /> | ||
EKA y кооперації з іншими агентствами створює новаторське космічне обладнання PHENIX — автономну біологічну лабораторію із 40 повністю незалежними експериментальними контейнерами (20 для культивування зразків в умовах мікрогравітації та 20 — на двох центрифугах, від 0 до 2g) з локальним контролем температури (від 4 до 37°С) для проведення експериментів з культурами клітин і тканин тварин і рослин, личинками, дрібними тваринами та рослинами. Обладнання включає два флуоресцентних мікроскопи для фотографування та відеозйомку зразків, які перебувають в умовах мікрогравітації та 1g на центрифузі, та автоматично забезпечуватиме маніпуляції з кожним контейнером, що містить зразки. Розробляються прилади для проведення на борту біохімічних, імунологіч- них та рентгеноскопічних аналізів, полімеразної ланцюгової реакції, а також застосування флуоресцентної мікроскопії для спостереження за живими зразками. Новаторська дослідницька техніка дозволятиме дослідження активності генів у трансгенних рослинах, що містять флуоресцентний зелений білок, рух іонів кальцію в клітинах і клітинних популяціях і т. д.<br /> | EKA y кооперації з іншими агентствами створює новаторське космічне обладнання PHENIX — автономну біологічну лабораторію із 40 повністю незалежними експериментальними контейнерами (20 для культивування зразків в умовах мікрогравітації та 20 — на двох центрифугах, від 0 до 2g) з локальним контролем температури (від 4 до 37°С) для проведення експериментів з культурами клітин і тканин тварин і рослин, личинками, дрібними тваринами та рослинами. Обладнання включає два флуоресцентних мікроскопи для фотографування та відеозйомку зразків, які перебувають в умовах мікрогравітації та 1g на центрифузі, та автоматично забезпечуватиме маніпуляції з кожним контейнером, що містить зразки. Розробляються прилади для проведення на борту біохімічних, імунологіч- них та рентгеноскопічних аналізів, полімеразної ланцюгової реакції, а також застосування флуоресцентної мікроскопії для спостереження за живими зразками. Новаторська дослідницька техніка дозволятиме дослідження активності генів у трансгенних рослинах, що містять флуоресцентний зелений білок, рух іонів кальцію в клітинах і клітинних популяціях і т. д.<br /> | ||
