Prawdziwym wyzwaniem dla grzybów jest hipergrawitacja

Naukowcy z Uniwersytetu w Makau badali zachowanie grzybów w warunkach hipergrawitacji, ujawniając potencjalne ryzyko i korzyści związane ze stosowaniem grzybów podczas misji kosmicznych. Przyszłe badania będą dotyczyć innych organizmów w podobnych warunkach.

Grzyby w hipergrawitacji: badanie

Grzyby w kosmosie były głównym wątkiem fabularnym Star Trek: OdkrycieAle stanowi to również bardzo realny problem dla astronautów i stacji kosmicznych. Organizacja Narodów Zjednoczonych była współsfinansowaniem testu przeprowadzonego przez zespół z Makau w Chinach, w ramach którego poddano grzyby działaniu hipergrawitacji przy użyciu szybko wirujących wirówek Europejskiej Agencji Kosmicznej.

W jednym z odcinków Star Trek: Discovery widział astronoma Paula Stametsa, granego przez Anthony’ego Rappa, spotykającego siebie wśród obcych grzybów. Źródło: CBS

Zespół z zespołu astrobiologicznego Państwowego Kluczowego Laboratorium Nauk o Księżycu i Planetach na Uniwersytecie Nauki i Technologii Makau w Makau – specjalnym regionie administracyjnym w Chinach – użył wirówki o dużej średnicy Europejskiej Agencji Kosmicznej w centrum technicznym ESTEC w Holandia zbada rozwój kolonii grzybów w warunkach osłabienia naturalnej grawitacji Ziemi.

Do tej pory zespół z Makau korzystał z klinostatów 3D – znanych jako stochastyczne maszyny pozycjonujące, które stale zmieniają kierunek wektora grawitacji, aby symulować warunki mikrograwitacji – do testowania reakcji grzybów na stan nieważkości.

Dostęp do krajów najsłabiej rozwiniętych został zorganizowany za pośrednictwem HyperGES, będącego częścią inicjatywy „Dostęp do przestrzeni kosmicznej dla wszystkich” Biura Narodów Zjednoczonych ds. Przestrzeni Kosmicznej (UNOOSA).

Wirówka wielkośrednicowa ESA to czteroramienna wirówka o średnicy 8 metrów, która zapewnia badaczom dostęp do zakresu hipergrawitacji do 20-krotności grawitacji ziemskiej przez tygodnie lub miesiące.
Wirówki wirują najszybciej z prędkością 67 obrotów na minutę, a ich sześć gondoli jest rozmieszczonych w różnych punktach wzdłuż ramion.Każda waży 130 kg i każda jest w stanie utrzymać 80 kg ładunku.
W rezultacie badacze są w stanie zwiększyć siłę grawitacji w miarę obrotu dysku. LDC cieszą się dużą popularnością wśród zespołów zajmujących się naukami przyrodniczymi i fizycznymi, a także w eksperymentach komercyjnych. Wewnętrzne zespoły ESA korzystają z wirówki, aby sprawdzić, jak materiały i komponenty statku kosmicznego reagują na gwałtowne przyspieszenia towarzyszące wystrzeleniu w przestrzeń kosmiczną.
Źródło: Europejska Agencja Kosmiczna

LDC to czteroramienna wirówka o średnicy 8 metrów (~26 stóp), która umożliwia badaczom dostęp do zakresu hipergrawitacji do 20-krotności grawitacji ziemskiej przez tygodnie lub miesiące.

Najszybciej wirówka obraca się z prędkością do 67 obrotów na minutę, a jej sześć gondoli jest rozmieszczonych w różnych punktach wzdłuż jej ramion i waży 130 kg (~290 funtów), a każda jest w stanie utrzymać 80 kg (~180 funtów) ładunku.

Dwutygodniowe korzystanie z LDC umożliwiło zespołowi z Makau przeprowadzenie rozszerzonych testów w warunkach hipergrawitacji, przy wsparciu zespołu laboratorium ESA ds. podtrzymywania życia i nauk fizycznych.

Gatunki grzybów przygotowuje się do ekspozycji na hipergrawitację wewnątrz obracającej się gondoli wirówki o dużej średnicy ESA. Źródło: Onusa

Wrodzony refleks i astronomia

Wrodzony Klasyfikować Hodowano je do pełnej dojrzałości, a następnie badano pod kątem genetycznych lub „fenotypowych” reakcji na stres.

Następnie jeden z wybranych gatunków grzybów poddano drugiej generacji ekspozycji na hipergrawitację, aby sprawdzić, czy utrzymują się jakiekolwiek reakcje na stres lub zmiany lub czy można zaobserwować skumulowane skutki. W ramach analizy wybrane próbki poddano także analizie pod skaningowym mikroskopem elektronowym w pobliskim Laboratorium Materiałów i Komponentów Elektrycznych ESA.

Marta Filipa Simoes, która kieruje zespołem Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego w Makau, ładuje gatunki grzybów na gondolę wirówki o dużej średnicy Europejskiej Agencji Kosmicznej. Źródło: Onusa

„Badanie grzybów w kosmosie nazywa się astrobiologią i jest gałęzią astrobiologii” – mówi Marta Filipa Simões, kierownik tego projektu z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Makau.

Inżynier statku Star Trek: Odkrycie Jest astrofizykiem, ale to właściwie prawdziwy kierunek studiów i dziedzina coraz ważniejsza. Grzyby docierają w przestrzeń kosmiczną od dawna, a gdy już tam dotrą, mogą mieć poważne skutki.

Historyczne oddziaływanie grzybów w kosmosie

Rosyjska stacja kosmiczna Mir została narażona na skażenie grzybicze w miarę starzenia się. Żaluzje zasłaniały się w wyniku korozji tworzyw sztucznych i metalu, co z kolei doprowadziło do awarii i szerszych obaw dotyczących konstrukcji stacji.

Rosyjska stacja kosmiczna Mir widziana z promu kosmicznego Atlantis podczas podejścia do dokowania 15 stycznia 1997 r. Źródło: NASA

Profesor Simões dodaje: „The Międzynarodowa Stacja Kosmiczna Swój problem napotkał w pomieszczeniach, w których ćwiczyli członkowie załogi, gdzie wysoka wilgotność powodowała zagrzybienie ścian. Aby temu zapobiec, muszą regularnie przeprowadzać czyszczenie i dezynfekcję.

„W systemie zamkniętym, takim jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, za każdym razem, gdy dochodzi do wzrostu biofilmu, dzięki któremu grzyby pozostają na miejscu, mogą wystąpić problemy. Może to stanowić poważny problem, ponieważ grzyby mogą również powodować infekcje lub reakcje alergiczne u astronautów .”, którego układ odpornościowy sam cierpi z powodu depresji w przestrzeni kosmicznej. I odwrotnie, wydaje się, że wzrost wielu gatunków grzybów jest wzmożony w warunkach mikrograwitacji, co jest częścią naszego obecnego badania, którego celem jest lepsze zrozumienie przyczyny.

Grzyb zaobserwowano na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, rosnący na talerzu z rosyjskiego modułu Zarya, gdzie wieszano do wyschnięcia ubrania do ćwiczeń. Źródło: NASA/ESA

Niektóre grzyby zawsze dotrą do przestrzeni kosmicznej, a ich zarodniki są w stanie przyczepić się do wszystkich rodzajów powierzchni i tkanek, np. ludzkiego ciała. W praktyce pomieszczenia czyste statków kosmicznych nigdy nie są nieskazitelne; Badania biologiczne wykazują, że jest to siedlisko grzybów i innych mikroorganizmów.

„Podczas naszych kosmicznych przygód nigdy nie będziemy w stanie całkowicie pozbyć się grzybów, dlatego musimy je zrozumieć” – mówi Andre Antunes, członek zespołu badawczego na Uniwersytecie Nauki i Technologii w Makau.

Skaningowa mikroskopia elektronowa grzybów po testach hipergrawitacyjnych, przeprowadzona przez Laboratorium Materiałów i Komponentów Elektrycznych ESA na zlecenie zespołu Uniwersytetu w Makau przy użyciu wirówki o dużej średnicy należącej do agencji w ramach programu HyperGES. Obraz ma wymiary około 100 mikrometrów, czyli jedną dziesiątą milimetra. Źródło: Europejska Agencja Kosmiczna

„Ponadto oferują zarówno pozytywne możliwości, jak i zagrożenia. Grzyby występujące na Ziemi wykorzystuje się do produkcji żywności – np. drożdży do fermentacji – a także leków i enzymów chemicznych dla przemysłu, a także nanocząstek metali stosowanych w wielu dziedzinach.

„W przyszłym zasiedlaniu przestrzeni kosmicznej można je wykorzystać do zaspokojenia różnych rodzajów potrzeb, w tym recyklingu lub wydobywania niezbędnych metali z powierzchni planet. Są one postrzegane jako niezbędne, aby pomóc obniżyć koszty i zapewnić zrównoważony rozwój załogowej eksploracji kosmosu.”

Liderka projektu Marta Filipa Simoes z Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego w Makau monitoruje gatunki grzybów narażone na działanie hipergrawitacji na pokładzie wirówki o dużej średnicy należącej do ESA. Źródło: Onusa

Nadchodzące badania HyperGES

Kolejny zespół HyperGES do przeprowadzenia eksperymentów w LDC pochodzi z Uniwersytetu Mahidol w Tajlandii. Zespół zbada, jak arbuz – najmniejsza roślina kwitnąca na Ziemi, nawet mniejsza od bardziej znanej rzęsy – reaguje na zmieniający się poziom grawitacji, aby ocenić jego przydatność w systemach podtrzymywania życia w przestrzeni kosmicznej.