آزمایشی درباره نحوه رشد گیاهان در ایستگاه فضایی بین‌المللی

وقتی گیاهان روی زمین به دنبال آب و غذا می‌گردند؛ چه چیزی به آن‌ها جهت می‌دهد؟ جواب ساده است. نیروی جاذبه کمک می‌کند که گیاهان ساده‌ترین راه را برای رسیدن به مواد لازم برای رشد خود پیدا کنند. حالا اگر جاذبه را از این فرایند حذف کنیم چه خواهد شد؟

گیاه‌شناسان دانشگاهی در اوهایو در پژوهشی به نام «سیستم‌های ادراک جاذبه» (Gravity Perception Systems) با بهره گرفتن از ریزگرانش ایستگاه فضایی بین‌المللی، نحوه رشد ریشه گیاهان و سیستم‌های حسی آن‌ها را بررسی کردند.

محققان به دنبال انطباق­‌پذیری با ریزگرانش هستند و میزان حساسیت کلی به گرانش شبیه‌سازی شده را در دو گونه از جوانه‌های گیاه خردل شامل گونه‌ای وحشی و گونه‌ تغییرژنتیکی یافته‌ای که فاقد نشاسته است، اندازه­‌گیری می‌کنند. در گونه وحشی، نشاسته مانند وزنه عمل می‌کند و ریشه ها را به سمت زمین می‌کشاند.

پرسش اصلی پژوهشگران این است: کمترین مقدار جاذبه که گیاهان می‌­توانند تشخیص دهند و برای پایین رفتن مواد سنگین (نشاسته‌ای) در سلول‌هایشان لازم است چقدر است؟ در این پژوهش هر دو گونه را در معرض بازه گرانشی چهارهزارم g تا یک g قرار دادند؛ گرانش روی زمین یک g در نظر گرفته می‌شود. علت اینکه دو گونه از جوانه‌ها در نظر گرفته شد این است که گرچه آستانه دقیق برای گونه‌های نشاسته‌دار کاملا معلوم نیست، سازو کار پاسخ‌دهی گونه‌های بی‌نشاسته‌ از آن هم ناشناخته‌تر است.

در این پژوهش برای شبیه‌سازی گرانش از ایجاد شتاب در سامانه کشت مدولار اروپایی ایستگاه فضایی بین‌المللی استفاده می‌شود. جوانه‌ها ابتدا در محفظه‌های کوچکی قرار می­‌گیرند و سپس در یک دستگاه سانریفیوژ قرار داده می‌شوند. این موضوع به پژوهشگران اجازه می‌دهد شدت جاذبه حس شده را در هر نقطه سانتریفیوژ کنترل کنند و به این ترتیب صدها مقدار مختلف از جاذبه را با چرخش‌های کنترل شده در یک زمان‌ آزمایش کنند.

این کار شبیه این است که سوار ماشینی در حال پیچیدن باشیم؛ هرچه پیچ شدیدتر باشد بیشتر به دیواره می­‌چسبیم. در این آزمایش پیوسته جاذبه‌ای که گیاه در معرض آن است، افزایش می‌یابد تا حد توانایی ادراکی گیاهان اندازه گرفته شود. دانشمندان امیدوارند با چرخش دستگاه، نقطه‌ای را که پاسخ مربوط به رشد در آن آغاز می‌شود به طور دقیق تعیین کنند.

شاید جالب‌ترین بخش این تحقیق واکنش جوانه‌های بدون نشاسته باشد. حتی برای جوانه‌های بدون نشاسته ممکن است شکل جهش‌یافته جوانه همچنان همان سیستم ادراک حسی خویشاوندانش را حفظ کرده باشد. ممکن است این گیاهان هم جاذبه را حس ‌کنند و فقط در آستانه‌های بالاتر پاسخ ‌دهند، اصلا قادر به حرکت نباشند یا از نشانه‌های کاملا متفاوتی برای تعیین جهت رشد استفاده ‌کنند. وقتی هم که شتاب سانتریفیوژها قطع شود دانشمندان قادر به اندازه‌گیری پاسخ جوانه به ریزگرانش‌ خواهند بود که می‌تواند خط مبنایی برای مقایسه فراهم کند.

علاوه‌براین، گیاهان که جاندارانی فتوسنتز کننده‌اند، بسیار به نشانه‌های نوری برای رشد حساس هستند. در این  آزمایش با استفاده از نورهدایت شده، راهنماهای رشد دیگری در نقاط گوناگون فراهم می‌شود تا رابطه ادراک نوری و ادراک گرانشی آزمایش شود. همچنین گیاه‌شناسان در زمین هم قادر خواهند بود ویدیوی این آزمایش‌ها را تماشا کنند و به ارزیابی پاسخ‌ها بپردازند.

با اینکه ایستگاه فضایی مرتبا تامین منابع می­‌شود، فضانوردان به مصرف محصولات تازه نیاز دارند. تحقیقاتی مانند وِج-۰۳ (veg-03) در نقش مکمل ذخیره عمده غذایی که مدت طولانی در دمای اتاق قابل نگهداری است، فضانوردان را قادر به کشاورزی می‌کند و علاوه بر تامین غذاهای متنوع و تازه‌­تر، وزن محموله تجهیزات را نیز به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.