Afbeelding tegoed: NASA
Verward? Dan ben je net als planten in een kas op Mars.
Er zijn natuurlijk nog geen kassen. Maar ontdekkingsreizigers op lange termijn, op Mars of de maan, zullen planten moeten kweken: voor voedsel, voor recycling, voor het aanvullen van de lucht. En planten zullen die aardse omgeving helemaal niet begrijpen. Het is niet waarvoor ze zijn ontwikkeld en het is niet wat ze verwachten.
Maar in sommige opzichten blijken ze het waarschijnlijk beter te vinden! Sommige delen ervan toch.
"Als je op het idee komt om planten op de maan of op Mars te kweken", legt moleculair bioloog Rob Ferl, directeur van Space Agriculture Biotechnology Research and Education aan de Universiteit van Florida uit, "dan moet je het idee van het kweken van planten overwegen in een zo laag mogelijke atmosferische druk. ”
Er zijn twee redenen. Ten eerste helpt het om het gewicht van de voorraden die van de aarde moeten worden getild, te verminderen. Zelfs lucht heeft massa.
Ten tweede moeten Mars- en maankassen standhouden op plaatsen waar de atmosferische druk op zijn best minder dan één procent van de aardse normaal is. Die kassen zullen gemakkelijker te bouwen en te bedienen zijn als hun binnendruk ook erg laag is - misschien slechts een zestiende van de aarde normaal.
Het probleem is dat planten bij zulke extreem lage drukken hard moeten werken om te overleven. 'Denk eraan, planten hebben geen evolutionaire aanpassing aan hypobaria', zegt Ferl. Er is voor hen geen reden om de door lage druk veroorzaakte biochemische signalen te leren interpreteren. En in feite doen ze dat niet. Ze interpreteren ze verkeerd.
Lage druk laat planten doen alsof ze uitdrogen.
In recente experimenten, ondersteund door NASA's Office of Biological and Physical Research, heeft de groep van Ferl jonge groeiende planten gedurende ongeveer vierentwintig uur blootgesteld aan de drukken van een tiende van de normale aarde. In een dergelijke lagedrukomgeving wordt water zeer snel door de bladeren naar buiten getrokken en is er dus extra water nodig om het aan te vullen.
Maar, zegt Ferl, de planten kregen al het water dat ze nodig hadden. Zelfs de relatieve vochtigheid werd op bijna 100 procent gehouden. Niettemin werden de genen van de planten die droogte voelden nog steeds geactiveerd. Blijkbaar, zegt Ferl, interpreteerden de planten de versnelde waterbeweging als droogtestress, hoewel er helemaal geen droogte was.
Dat is slecht. Planten verspillen hun middelen als ze ze uitgeven om een probleem aan te pakken dat er niet eens is. Ze kunnen bijvoorbeeld hun huidmondjes sluiten - de kleine gaatjes in hun bladeren waaruit water ontsnapt. Of misschien laten ze hun bladeren helemaal vallen. Maar die antwoorden zijn niet per se geschikt.
Gelukkig kunnen onderzoekers, zodra de reacties van de planten zijn begrepen, ze aanpassen. 'We kunnen biochemische veranderingen aanbrengen die het niveau van hormonen veranderen', zegt Ferl. "We kunnen ze verhogen of verlagen om de reactie van de plant op zijn omgeving te beïnvloeden."
En intrigerend genoeg hebben studies voordelen gevonden voor een lagedrukomgeving. Het mechanisme is in wezen hetzelfde als het mechanisme dat de problemen veroorzaakt, legt Ferl uit. Bij lage druk worden niet alleen water, maar ook planthormonen sneller uit de plant gespoeld. Dus bijvoorbeeld een hormoon dat ervoor zorgt dat planten van ouderdom afsterven, kan door het organisme bewegen voordat het effect heeft.
Astronauten zijn niet de enigen die baat zullen hebben bij dit onderzoek. Door de luchtdruk te regelen, bijvoorbeeld in een aardkas of een opslagbak, kan het mogelijk zijn om bepaald plantengedrag te beïnvloeden. Als je bijvoorbeeld fruit onder lage druk bewaart, gaat het veel langer mee. Dat komt door de snelle eliminatie van het hormoon ethyleen, waardoor fruit rijpt en vervolgens gaat rotten. Landbouwproducten die van de ene kust naar de andere worden vervoerd in lagedrukcontainers, kunnen zo vers aankomen in supermarkten alsof ze die dag zijn geplukt.
Er moet nog veel werk worden verzet. Het team van Ferl keek naar de manier waarop planten reageren op een korte periode van lage druk. Wat nog moet worden bepaald, is hoe planten reageren op een langere tijd - zoals hun hele leven - in hypobarische omstandigheden. Ferl hoopt ook planten te onderzoeken bij een grotere verscheidenheid aan drukken. Er zijn hele genenreeksen die bij verschillende drukken worden geactiveerd, zegt hij, en dit suggereert een verrassend complexe reactie op lagedrukomgevingen.
Om meer te weten te komen over deze genetische reactie, zijn de Ferl-groep bio-technische planten waarvan de genen groen oplichten wanneer ze worden geactiveerd. Daarnaast gebruiken ze DNA-microchiptechnologie om maar liefst twintigduizend genen tegelijk te onderzoeken in planten die zijn blootgesteld aan lage druk.
Planten zullen een buitengewoon belangrijke rol spelen om mensen in staat te stellen bestemmingen zoals Mars en de Maan te verkennen. Ze zullen astronauten ver van huis voorzien van voedsel, zuurstof en zelfs een goed humeur. Om planten buiten de aarde optimaal te kunnen gebruiken, 'moeten we de limieten begrijpen om ze bij lage druk te kweken', zegt Ferl. 'En dan moeten we begrijpen waarom die limieten bestaan.'
De groep van Ferl boekt vooruitgang. "Het spannende hiervan is dat we beginnen te begrijpen wat er nodig is om planten echt te gebruiken in onze levensondersteunende systemen." Als het tijd is om Mars te bezoeken, zijn planten in de kas misschien toch niet zo verward.
Oorspronkelijke bron: NASA Science News
