Ряска — невероятная пища для космонавтов, борющаяся с радиацией, и мы улучшили её, изменив условия выращивания

Традиционные системы производства пищи оптимизированы для одной цели — вырастить максимум еды с минимальными затратами. Но в условиях ограниченного пространства и ресурсов, например, в космических полетах, нужна оптимизация под другие цели, чтобы удовлетворить потребности экипажа.

NASA и Институт трансляционных исследований здоровья для космоса (Translational Research Institute for Space Health) поручили нашей лаборатории найти способ выращивания съедобного растения для длительных миссий, где свежую и питательную пищу нужно производить в тесных помещениях с ограниченными ресурсами. Для этого мы обратились к растению под названием ряска.

Ряска — это небольшое плавающее растение, растущее на поверхности прудов. Её часто едят в Азии, но в США она считается сорняком, так как быстро захватывает водоемы. Однако ряска — удивительное растение. Это одно из самых быстрорастущих растений на Земле, самое богатое белком и источник важных микронутриентов.

Среди этих микронутриентов — борющиеся с воспалением антиоксиданты зеаксантин и лютеин. Зеаксантин — более мощный из двух, но его трудно получить из большинства листовой зелени, так как быстрорастущие растения накапливают зеаксантин только при очень ярком свете.

Мы предложили Институту, помимо максимизации питательности, эффективности пространства и ресурсов, также оптимизировать производство этих антиоксидантов.

После небольшого эксперимента наша команда установила, что при относительно низкой интенсивности света — менее половины интенсивности полуденного солнца в ясный летний день — ряска накапливает больше зеаксантина, чем другие быстрорастущие растения при полном солнечном свете. При этом она сохраняет ту же невероятную скорость роста и другие питательные свойства, делающие её идеальным растением для космической фермы.

Мы также тестируем другую стратегию: выращивание ряски при еще более низкой интенсивности света с добавлением коротких импульсов высокоинтенсивного света. На других растениях моя команда обнаружила, что это может спровоцировать высокое накопление зеаксантина и быстрый рост, а что важно для космического корабля — потребует меньше энергии.

На основе этих экспериментов мы планируем создать несколько настроенных условий выращивания для оптимизации производства зеаксантина под разные задачи — будь то космический корабль, теплица или даже открытый грунт.

Почему это важно для космонавтов?

Из-за ионизирующего излучения в космосе астронавты подвержены хроническому воспалению и болезням, вызванным окислительным стрессом клеток. Доказано, что зеакантин и лютеин борются с радиационным повреждением, а также с болезнями глаз — еще одной распространенной проблемой здоровья астронавтов.

Многие необходимые микронутриенты имеют ограниченный срок хранения — часто всего несколько месяцев. По мере увеличения продолжительности миссий единственный способ получить эти антиоксиданты — выращивать их на борту.

Следующие шаги

Хотя мы знаем, что интенсивный свет заставляет ряску и другие растения производить зеаксантин, растения быстро удаляют его из листьев, когда уровень света падает. Чтобы решить задачу производства больших количеств зеаксантина, необходима дальнейшая работа над тем, как заставить листовую зелень сохранять зеаксантин после сбора урожая.

Наш проект использовал ряску, выращенную в стерильных средах — мы использовали растения, лишенные микробов, которые обычно живут в воде под ряской. Поскольку известно, что оптимизация почвенных микробов может повысить продуктивность растений, наша следующая цель — изучить возможности дальнейшего повышения продуктивности ряски путем экспериментов с полезными микробными сообществами.

Вывод

Ряска уже выращивается для многих целей на Земле, и салат из ряски может стать богатым белком основным продуктом в рационе будущих космических исследователей. Но эта работа также доказывает, что возможны решения в производстве пищи, выгодные по всем параметрам.

При наличии нужных знаний можно внести небольшие изменения в несколько переменных в процессе выращивания растений и заставить их производить больше микронутриентов. Подобный подход, примененный к другим культурам, может принести пользу людям по всему миру, а не только астронавтам. На Земле небольшие изменения в методах выращивания пищи, подкрепленные научными исследованиями, подобными нашему, предлагают возможности для значительного улучшения систем производства пищи так, чтобы они требовали меньше ресурсов, производили больше и делали людей здоровее.