Bionische planten voor astronauten

Print
Voor langdurige ruimtereizen, zoals naar Mars, zullen onderweg of op de plaats van bestemming groenten moeten worden verbouwd om de astronauten te laten overleven. Dergelijke planten moeten aan bijzondere eisen moeten voldoen om daar te kunnen groeien. De nog te ontwikkelen ruimteplanten zouden ook astronauten moeten kunnen waarschuwen als er iets mis gaat met hun voedselpakket.
BR>De NASA heeft een onderzoeksteam samengesteld dat planten ontwerpt die voldoen aan de behoefte van de toekomstige ruimtereizigers die jarenlang op een verre planeet vertoeven. In de groep zitten niet alleen plantdeskundigen, maar ook nanotechnologen, ingenieurs en experts op het gebied van de genomica. Hun opdracht luidt: planten maken die in het levensonderhoud voorzien van de ruimtekolonisten.
De planten zullen genetisch volledig moeten worden veranderd om te kunnen groeien onder drastisch andere leefomstandigheden dan op aarde. Ook worden ze voorzien van allerlei technische foefjes. Het worden als het ware bionische planten.
Mars wordt naar alle waarschijnlijkheid de eerste bestemming van deze planten. "Dat zal niet bij de eerste bemande missies zijn, want die zijn nog kort genoeg om een overlevingspakket mee te nemen. Voor langere trips, die wellicht pas over tien tot veertig jaar plaats vinden, zijn meegebrachte planten onmisbaar. De eerste vraag is hoe die planten daar kunnen groeien", zegt teamleider Chris Brown.
Op Mars zakt de temperatuur namelijk regelmatig onder de -125 graden Celsius. De lichtintensiteit van de zon is de helft van die op aarde. En de atmosferische druk is vrijwel nihil. Dat betekent dat de planten ondergebracht moeten worden in een kas die gebouwd moet kunnen worden door robots.
Maar zelfs binnen de beschermende cocon dienen de planten bestand te zijn tegen lage druk, weinig licht en koele temperatuur. Eigenschappen die op aarde niet voorkomen, kunnen toch worden ingebracht, meent Chris Somerville van de Stanford universiteit in CalforniÙ. Hij wijst erop dat alle genen van de zandraket of Arabidopsis inmiddels bekend zijn. "Het is nog maar een kwestie van tijd, voordat we alle bijbehorende kenmerken van de genen kennen. Als dat eenmaal zover is kunnen we planten ontwerpen die kunnen groeien in alle planetaire milieus."

Nuttige eigenschappen


De gewassen kunnen nuttige nieuwe eigenschappen worden meegegeven. Somerville noemt het afrekenen met de houtige celwanden die op aarde nodig zijn om rechtop te blijven in het zwaartekrachtsveld. Op mars zijn die celwanden niet nodig, vanwege de veel geringere zwaartekracht. Een gewas zonder celwand is veel makkelijker te verteren. Een ander idee is de plant te veranderen in een mini-afvalverwerker. Gewassen nemen vies water op en verdampen zuiver water via de huidmondjes dat als condens opgevangen kan worden en opnieuw gebruikt. De plant kan in principe aangepast worden, zodat hij kan groeien op de urine van de kolonisten.
De onderzoekers zoeken wegen om planten efficiÙnter te laten groeien met weinig licht. Kunstlicht is niet aantrekkelijk, omdat de schaarse energie beter voor mechanische toepassing kan worden gebruikt. Daarom wordt gezocht naar een manier om de plant zelf licht te laten produceren. Het genoom van de plant kan zodanig worden veranderd dat moleculaire lampen worden gevormd die bestaan uit lichtgevende eiwitten uit diepzeevissen. Die lichtbronnen dienen zo dicht mogelijk te liggen bij het fotosynthese apparaat, dat licht omzet in energie. Door dit mechanisme te ontsteken via chemische of elektrische signalen kunnen zelfs planten worden gemaakt die kunnen groeien in het donker.

Ingrijpen in metabolisme


Een volgende stap is ingrijpen in het metabolisme van de plant. De plant kan worden aangezet tot productie van een geneesmiddel, plantaardige olie of zelfs zuurstof, die zeer welkom is in een atmosfeer die bijna uitsluitend uit koolzuur bestaat.
De plant kan desgewenst op afstand worden bediend (handig bij afwezigheid van de bewoners). Bewezen is al dat planten communiceren. Als insecten ze aanvreten gebruiken ze chemicaliÙn om de rest van de plant te waarschuwen. Sommige planten zijn zelfs in staat hun directe buren in te seinen voor gevaar. "Dat communicatiesysteem werkt via aan en uit schakelen van genen. Je kunt dat principe gebruiken om zelf gekozen genen te activeren met radiosignalen vanaf de aarde", zegt teamlid en nanotechnoloog Eric Davies.
Planten kunnen daarnaast worden uitgerust met gevoelige sensoren die aangeven wanneer er iets fout gaat, zoals een acuut zuurstoftekort of een te lage zuurgraad. Davies: "De sensoren, ter grootte van een molecuul, bespeuren problemen, voordat er iets zichtbaar wordt. De sensor stuurt data naar een computer die bijtijds alarmeert. Op die manier hoeven de astronauten niet eerst zelf bioloog te worden om te kunnen overleven in de ruimte."