Mokslas nuolat žengia į priekį, atverdamas naujas galimybes ir atsakydamas į vis sudėtingesnius klausimus. Viena iš tokių sričių, kurioje Lietuva paliko ryškų pėdsaką, yra astrobotanika - augalų mokslas kosmose. 2022 m. sukanka 40 metų, kai lietuviai atliko pirmąjį sėkmingą augalo gyvybinio ciklo eksperimentą kosminėje erdvėje, orbitinėje stotyje „Saliut 7“. Tai buvo pirmasis pavykęs tokio pobūdžio eksperimentas mokslo istorijoje.
Šių tyrimų pradininkas buvo akademikas Alfonsas Merkys, o patys tyrimai buvo plėtojami Lietuvos mokslų akademijos Botanikos instituto Augalų fiziologijos laboratorijoje. Šių metų vasario pabaigoje minime Alfonso Merkio 95-ąsias gimimo metines. Alfonsas Merkys gimė 1927 m. vasario 20 d. Puožo kaime, Rokiškio apskrityje. Būsimojo akademiko tėvai buvo ūkininkai, todėl jo ateitį siejo su žemės ūkio mokslais.
Baigęs Salų žemės ūkio mokyklą ir Žemės ūkio technikumą Vilniuje, Alfonsas Merkys pradėjo dirbti agronomu Lazdijų rajone, tačiau jį traukė mokslai. Metus mokėsi Maskvos K. Timiriazevo žemės ūkio akademijoje, vėliau - Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakultete, specializavosi augalų fiziologijos srityje. Augalų anatomijos ir fiziologijos katedros vadovas profesorius Jonas Dagys paskatino Alfonsą Merkį tęsti studijas Maskvos valstybiniame M. Lomonosovo universitete. 1953 m. A. Merkys išvyko į Maskvą, kur Biologijos-dirvožemio fakulteto Augalų fiziologijos katedroje tęsė aspirantūros (doktorantūros) studijas.
A. Merkio tyrimai ir būsima disertacija buvo apie javų išgulimo priežastis, dažną reiškinį grūdinių žemės ūkio kultūrų laukuose, dėl ko labai nukentėdavo pasėliai. Ištyręs šį reiškinį, jis padarė išvadą, kad javai išgula dėl stiebų audinių anatominės struktūros ypatybių ir dėl augalo reakcijos į sunkio jėgą. 1956 m. apgynęs šiuos teiginius, A. Merkys grįžo į Lietuvą, buvo priimtas į Lietuvos MA Biologijos instituto Augalų fiziologijos laboratoriją, kurią 1957 m. įkūrė profesorius Jonas Dagys, ir tęsė augalo gravitropinės reakcijos, t. y. augalo reakcijos į sunkio jėgą tyrimus.
Augalų reakcija į gravitaciją ir jos tyrimai
XX a. viduryje augalo reakcija į sunkio jėgą buvo aiškinama dviem pagrindinėmis teorijomis - hipotezėmis, kurios aiškino, kaip augalo ląstelės pajaučia sunkio jėgą, ir kokiais fiziologiniais procesais augalas reaguoja į sunkio jėgos poveikį. Šiose reakcijose labai svarbūs specialių šaknies ląstelių darinių judėjimas ir pasiskirstymas bei augalo hormono auksino veikla. Visas Alfonso Merkio ir jo bendradarbių darbas buvo nukreiptas šioms teorijoms-hipotezėms tirti ir patvirtinti.
Į šiuos tyrimus kartu įsitraukė daugiau jaunų mokslininkų - Jūratė Darginavičienė, Romas Laurinavičius, Antanas Marčiukaitis, Leonida Novickienė, Albinas Putrimas. Kai kurie iš šios tematikos apgynė daktaro disertacijas. O pats A. Merkys tyrimų rezultatus apibendrino daktaro disertacijoje (nostrifikuota į habil. dr.), kuri buvo pavadinta „Augalų geotropinė reakcija ir jos reikšmė augalo ašinių organų erdvinei orientacijai“. Šią disertaciją jis apgynė Vilniaus universitete 1966 m.
Nuo 1966 m. iki XX a. pabaigos Augalų fiziologijos laboratorijoje, vadovaujamoje A. Merkio, buvo išplėtotos net trys augalo augimo fiziologijos mokslinių tyrimų kryptys, kurios visos tam tikru aspektu aiškina augalų reakciją į sunkio jėgą. T. y. kaip gravitropinės reakcijos metu veikia augalo hormoninės sistemos, kurios atsakingos už augalo augimą ir vystymąsi; kaip augalo organai išsidėsto erdvėje, veikiant sunkio jėgai ir kaip galima sukurti augalų hormonų analogus, kurie geriau nei pats augalo natūralus hormonas sureguliuotų jo augimą ir vystymąsi. Idėjas A. Merkiui įgyvendinti padėjo mokslininkų grupės, kurioms vadovavo tokie žymūs augalų fiziologai kaip Jūratė Darginavičienė, Leonida Novickienė ir Romualdas Laurinavičius.
Augalo reakciją į sunkio jėgą A. Merkys pradėjo tirti 1953 m.
Augalų tyrimai kosmose: nuo idėjos iki eksperimento
1957 m., kai Sovietų Sąjunga paleido pirmąjį dirbtinį Žemės palydovą, istorinė politinė aplinka, kosmoso varžybos skatino tyrimų programas kosmose. Šios srities tyrimus pradėjo įvairių šalių, tokių kaip Jungtinės Amerikos Valstijos, Sovietų Sąjungą, Anglija, Prancūzija ir Japonija, mokslininkai. Ypatingas dėmesys buvo skiriamas tokiems klausimams, ar gali gyvieji organizmai gyventi ir daugintis mikrogravitacijos sąlygomis, ar svarbi jų fiziologiniam gyvenimui yra sunkio jėga.
Visose tyrimų programose didelis dėmesys buvo skiriamas augalams kaip maisto ir energijos šaltiniui ilgų kosminių skrydžių metu. Mokslininkai norėjo sužinoti, kaip augalas orientuojasi mikrogravitacijos sąlygomis, kai sunkio jėga yra minimali, ar gravitacija yra būtina augalų augimui ir ar mikrogravitacijos sąlygomis augalai gali pasiekti visą biologinio vystymosi ciklą. Todėl kosminėje erdvėje atliekami eksperimentai su augalais buvo labai plataus spektro, įskaitant regeneracijos, žydėjimo, ląstelių dalijimosi, diferenciacijos, chromosomų pasikeitimų, gravitacijos pajautimo, orientacijos erdvėje ir kt.
Visi šie klausimai buvo nagrinėjami įvairiais tikslais, pvz., kaip galima būtų panaudoti augalus maistui ilgo kosminio skrydžio sąlygomis, galbūt juos auginti tarpinėse kosminėse stotyse. Tačiau mokslininkai pirmiausia kėlė pažinimo klausimus, siekė geriau suprasti, kaip vienas seniausių ir stabiliausių aplinkos veiksnių - sunkio jėga, veikia gyvus organizmus.
Tokiomis aplinkybėmis, 1971 m. A. Merkys kreipėsi į Sovietų Sąjungos mokslų akademijos Kosmoso tyrinėjimo ir panaudojimo komisiją su pasiūlymais ir planais tirti augalus kosminėje erdvėje. Jau 1971 m. Lietuvos mokslų akademijos Botanikos institutas ir Sovietų Sąjungos MA Kosmoso tyrinėjimo ir panaudojimo komisija pasirašė kelių metų susitarimą dėl prietaisų ir eksperimentų, skirtų aukštesnių augalų tyrimams erdvėlaiviuose ir orbitinėse stotyse projektavimo. Prietaisų schemas kūrė mokslininkai Romas Laurinavičius ir Algirdas Jarošius. Prietaisus gamino gamyklos „Precizika“ inžinieriai.
Ir jau 1972-1973 m. buvo atlikti eksperimentai trumpo kosmoso skrydžio sąlygomis kosminiuose laivuose „Sojuz 12“. Pirmuose eksperimentuose buvo stebima, ar mikrogravitacijos sąlygomis augalų sėklos sudygsta. Vėliau eksperimentai buvo atlikti kosminiuose laivuose „Sojuz 13“, „Sojuz 15“, kurių metu buvo tiriama augalo erdvinė orientacija mikrogravitacijos sąlygomis. Šiems tyrimams vadovavo akademikas Alfonsas Merkys, o pirminiame etape dirbo visi laboratorijos darbuotojai, be jau minėtų anksčiau: Emilija Savičienė, Onutė Rupainienė, Danguolė Švegždienė, Palmira Kenstavičienė, vėliau prisijungė Danguolė Raklevičienė, Alvidas Stočkus, daug laborantų ir pagalbinio personalo.
Istorinis eksperimentas: baltažiedis vairenis kosmose
Nuo 1973 iki 1996 m. kosminėmis mikrogravitacijos sąlygomis laivuose „Sojuz 12, 13, 15“ , OS „Saliut 4“, „Saliut 6“, „Saliut 7“ ir „Mir“ buvo atlikta per 20 eksperimentų su žirniais, salotomis, svogūnais, miežiais ir kt. augalais, kurių trukmė svyravo nuo vienos paros iki trijų mėnesių. Daug tyrimų buvo dubliuojami Žemėje, specialiuose aparatuose klinostatuose, kurie imituodavo mikrogravitacijos sąlygas ir sukurdavo aplinką, panašią į kosminę erdvę.
Orbitinėse stotyse ilgalaikiais eksperimentais buvo siekiama išaiškinti, ar gali augalas praeiti gyvybės ciklą nuo sėklos iki sėklos kosminėje erdvėje. Labai svarbūs eksperimentai buvo atlikti orbitinėse stotyse „Saliut 6“, „Saliut 7“, kur buvo gauti rezultatai, padėję nustatyti slenkstinius gravitacijos dydžius, kuriuos pajaučia augalo šaknys.
1982 m. orbitinėje stotyje „Saliut 7“ pavyko eksperimentas, kurio metu buvo išaugintas sėklas subrandinęs baltažiedis vairenis, t. y. 8-12 savaičių gyvybinį ciklą turintis augalas. Eksperimentas buvo vykdytas mikrooranžerijoje „Fiton 3“. Tuomet iš OS „Saliut 7“ buvo parskraidinta 200 subrandintų sėklų. Jos buvo gyvybingos.
Mokslo prasme eksperimentas buvo labai svarbus, nes patvirtino, kad augalas gali praeiti gyvybinį ciklą nesvarumo sąlygomis, o iki to laiko buvo galvojama, kad mikrogravitacijos sąlygos kažkokiu būdu mažina rezervinių medžiagų, reikalingų augalui vystytis, fondą. Tačiau, kaip teigė akademikas A. Merkys, eksperimentas taip ir liko neužbaigtas, jo nuomone, reikėjo gauti kelių kartų palikuonis, užaugintus iš mikrogravitacijoje subrandintų sėklų mikrogravitacijos sąlygomis.
1982 ir 1983 m. eksperimentas buvo kartojamas, bet dėl techninių kliūčių neįvyko. 1987 m. orbitinėje stotyje „Mir“ jis buvo iš dalies pakartotas - nutrauktas per anksti, kol sėklos dar nebuvo subrendusios. Vėliau, jau nepriklausomos Lietuvos laikotarpiu, eksperimentai buvo tęsiami, bendradarbiaujant su Vokietijos Bonos universitetu. Augalai buvo skraidinami dirbtiniuose palydovuose, panaudojant prietaisus - borto centrifugas.
Akademinio palikimo tęstinumas ir ateities perspektyvos
Remdamasis gravitropinės reakcijos tyrimais, A. Merkys publikavo dvi knygas - „Augalų gravitropinė reakcija“ (1973) ir „Sunkio jėga augalų augimo procesuose“ (1990). Pirmoji knyga yra laikoma vienu svarbiausių XX a. šios tematikos kūrinių. Dar šiandienos NASA archyvuose saugoma šios knygos vertimo kopija. Antrojoje knygoje „Sunkio jėga augalų augimo procese“ pateikiami eksperimentų, susijusių su augalo reakcija į sunkio jėgą, t. y. atliktų nesvarume, kosminėje erdvėje ir dirbtinio nesvarumo sąlygomis Žemėje, rezultatai.
Kalbant plačiąja prasme, visi kosmose atliekami tyrimai yra svarbūs bendram pasaulio pažinimui, tačiau dažnai sunku įsivaizduoti, kokią realią naudą augalų tyrimai kosmose galėtų turėti žmonėms Žemėje. Labiausiai priimtiną šio klausimo atsakymą pateikia amerikiečių gravitacinės augalų biologijos tyrinėtojai. Jų nuomone, augalų tyrimai mikrogravitacijos sąlygomis visų pirma neša ekonominę naudą, remiantis šiais tyrimais, būtų tiksliau paaiškinti gravitropiniai augalų reakcijos mechanizmai, sukurti pasėlių augalai, kurie turi stipresnę ir greitesnę reakciją į gravitacijos pasikeitimus, taip užtikrinant kuo mažesnį javų pasėlių išgulimą.
Augalo augimo ir vystymosi metu ypatingą reikšmę užima hormoninė reguliacija. Unikalius tyrimus, paaiškinančius augalo augimo hormono auksino veikimo būdą, jo transporto sistemų veiklą ir kt. atliko kita A. Merkio vadovaujama mokslininkų grupė. Sintetinių auksino analogų paieška ir sintezė - tai dar viena originali augalų fiziologijos eksperimentų kryptis, papildanti ir paaiškinanti augalo hormoninės sistemos veiklą bei duodanti praktinę naudą žemės ūkio augalų augimo ir vystymosi reguliacijos srityje.
Žvelgiant plačiau, unikalūs yra ne tik A. Merkio pradėti ir plėtoti mokslo darbai, bet ir jo sukurta laboratorija. Lietuvos MA Botanikos instituto, vėliau Botanikos instituto Augalų fiziologijos laboratorijai jis vadovavo nuo 1961 iki 2001 m. XX a. pabaigoje joje dirbo per 40 žmonių, kurie iš daug perspektyvų tyrė vieną reiškinį - augalo reakciją į sunkio jėgą. Šių darbų pagrindu buvo apginta per 30 daktaro disertacijų.
Apie laboratorijos darbuotojus akademikas atsiliepdavo labai šiltai: „…manau, kad laboratorijos darbuotojai, būdami aukštos kvalifikacijos, paliko ryškų pėdsaką mokslo tiriamojo darbo veikloje… Linkiu laboratorijos auklėtiniams rūpintis tolesne augalų augimo fiziologijos mokslo plėtra Lietuvoje.“ Už unikalius darbus, kurių rezultatai papildė augalų augimo ir erdvinės orientacijos tyrimų duomenis, A. Merkys du kartus - 1974 ir 2001 m., o jo bendradarbiai J. Darginavičienė, R. Laurinavičius, ir L. Novickienė vieną kartą - 2001 m. buvo įvertinti Lietuvos mokslo premija.
Be abejo, skaitytojams kils klausimas - kaip? Ogi augalus kosmose lietuviai augino patys į beorę mūsų planetą supančią erdvę nekildami - jie į sovietines kosmines stotis išsiųsdavo specialiai eksperimentams paruoštus konteinerius su sėklomis, substratais ir ypatingų sąlygų modeliavimo įranga. O darbus kosmose atlikdavo orbitinėse stotyse tuo metu dirbę kosmonautai (arba eksperimentinė įranga darbus pati atlikdavo autonomiškai).
Didžiulė dalis tokios lietuviškos kosminės biologijos istorijos šiuo metu eksponuojama prie Molėtų esančiame Etnokosmologijos muziejuje - čia galima pamatyti ir publikacijas, sovietiniuose leidiniuose surašytas apie lietuvių darbus, ir įvairius dokumentus bei eksperimentų stebėjimo žurnalus, ir nuotraukas, kuriose matomos ganėtinai keistos augalų stiebų ir šaknų augimo kryptys.
Išskirtinė galimybė tapti pirmuoju Lietuvos astronautu!
Sovietų Sąjungos kosminė programa visais šios valstybės egzistavimo laikais buvo pirmiausia karinės paskirties. Tačiau kai ant bemaž kiekvieno daugiabučio, transporto stotelės ir mokyklos sporto salės sienos buvo galima rasti užrašą, skelbiantį apie taiką, karinę paskirtį reikėjo kažkuo pridengti. Tad buvo pradėta svarstyti apie maisto (pirmiausia - augalinės kilmės) auginimą kosmoso sąlygomis. O Botanikos institute tuo metu kaip tik buvo vykdomi tyrimai, kurių metu buvo aiškinamasi, dėl ko kartais išgula javų pasėliai - mokslininkų išvados bylojo, kad vienas iš veiksnių yra sunkio jėga.
Todėl 1971 metais į Sovietų Sąjungos Mokslų akademiją kreipęsis dr. Augalų fiziologijos laboratorijoje buvo įsteigtas Gravitacinės fiziologijos sektorius - ir laboratorijai, ir sektoriui iki pat 2001 m. vadovavo dr. Ir jau po dvejų metų erdvėlaivyje „Sojuz 12“ skrido žirniai iš Lietuvos - mokslininkai, sukonstravę eksperimentinę įrangą „Bioterm“, aiškinosi, kaip nesvarumo sąlygos veikia sėklų sudygimą ir šaknų augimą. Po metų jau vyko sudėtingesnis eksperimentas. Lietuvių darbai buvo vaisingi ir sėkmingi - tiek sėkmingi, kad sutartys su jais buvo tęsiamos, o eksperimentų vykdymo dažnis didėjo. Ir būtent 1982 metais įvyko istorinis eksperimentas, kurio metu biologų itin mėgstamas augalas baltažiedis vairenis (lot. Arabidopsis thaliana) eksperimentinėje įrangoje „Fiton 3“ buvo išaugintas „nuo sėklos iki sėklos“.
Svetainėje astronautika.lt rašoma, jog kosminių eksperimentų organizavimas ir vykdymas, ypač 1970-1980 m., nebuvo paprastas dėl tuo metu juos gaubusios slaptumo skraistės. Tikslios erdvėlaivio starto, skrydžio trukmės ir nusileidimo datos buvo pranešamos tik paskutiniu momentu, dažnai koreguojamos, jau nekalbant apie galimybę Vilniaus botanikams patiems pristatyti į Baikonūro ar Plesecko kosmodromus paruošto eksperimento įrangą ir supažindinti kosmonautus su bandymų vykdymo metodika. Vilniečių pilnai paruoštą prietaisą ir eksperimento vykdymo kosmose kontrolę Maskvoje perimdavo vietiniai specialistai, nuo kurių daug priklausydavo bandymų sėkmė.
1987 metais prasidėjo darbai paskutinėje Sovietinės Sąjungos kosminėje stotyje - „Mir“. Iki 1991 metų, kuomet Lietuva atkūrė nepriklausomybę, šioje stotyje Lietuvos mokslininkai atliko septynis eksperimentus.
Vienas iš mažiausiai kintančių Žemės ekosistemos veiksnių yra visuotinė trauka - gravitacija. Jos poveikis gyviesiems organizmams labai ryškus ir svarbus. O kosminiams skrydžiams tampant kasdienybe mokslininkams kyla vis naujų gyvybės pažinimo klausimų. Šiandien jau daug žinome apie nesvarumo poveikį žmogui, perkrovas ir skraidymo malonumą, o ar daug žinome, kaip augs augalai kosminėse oranžerijose? Juk ilgalaikių skrydžių metu astronautams jie būtini ne tik mitybai ir kvėpavimui, bet labai svarbūs „žemiškam“ psichologiniam klimatui sudaryti - prisiliesti prie žaliuojančio ar žydinčio augalo bus itin malonu esant labai toli nuo gimtosios planetos. Žaliosios zonos erdvėlaiviuose jau nebeatrodo neįgyvendinama fantazija.
Šiandien drąsiai galima teigti, kad vykstant evoliucijai dėl pastovaus dydžio Žemės traukos jėgos poveikio (ši jėga lemia kūno laisvojo kritimo pagreitį g = 9,8 m/s²) augalai išsivystė specializuotas gravitacijai jautrias sistemas, kurios reguliuoja augalų padėtį erdvėje. O kas atsitinka augalams kosmose, kai jų nebeveikia Žemės trauka? Pirmiausia sutrinka augalo erdvinė orientacija, ypač svarbi normaliam augimui, mitybai, biomasės (Organizmo (čia augalo) masė, tenkanti ploto arba tūrio vienetui) kaupimui ir produktyvumui. Kosmoso sąlygomis sudygusių miežių šaknys praranda įprastą orientaciją ir pradeda „šokti“. Tokių vaizdų užfiksuota atliekant eksperimentus kosmose ar dirbtinai sumažinto svarumo sąlygomis.
Kosminiai skrydžiai dažnėja - ne už kalnų ir skrydžiai į Marsą, todėl kuriamos ir plėtojamos kosminio žemės ūkio technologijos. Tuo tikslu pasaulyje plačiai tiriama gravitacijos reikšmė augalų augimo bei jų erdvinės orientacijos procesams. Šiais tyrimais siekiama nustatyti, kaip mikrogravitacijos (Labai silpna gravitacija, lemianti itin mažus (0,000001 g didumo) pagreičius) sąlygomis galima užtikrinti optimalų augalų produktyvumą sunaudojant kuo mažiau energijos.
Botanikos instituto (Gamtos tyrimų centro Botanikos institutas) Gravitacinės fiziologijos sektoriaus mokslininkai jau kelis dešimtmečius tiria gravitacijos poveikį augalams. Jie nori išsiaiškinti, kaip iš sėklos dirvoje besikalantis daigas žino, kur nukreipti augančią šaknį, o kur - stiebą, t.y. kaip augalai priima signalus apie gravitacijos vektoriaus kryptį ir transformuoja signalą į atsakomąją augimo reakciją; kaip augalai naudojasi šviesa ir gravitacija, kad galėtų išlaikyti gyvybinėms funkcijoms palankiausią erdvinę orientaciją.
Lietuvos augalų fiziologai, vadovaujami akademiko, prof. A. Merkio ir dr. R. Laurinavičiaus, yra ir vieni iš kosminės botanikos pionierių. Jie pradėjo dalyvauti kosminiuose eksperimentuose, kai dar nebuvo žinoma, ar gali augalai sudygti, augti ir brandinti sėklas kosmose. Kokio dydžio gravitacijos jėgos pakanka, kad augalas galėtų tinkamai orientuoti augančias šaknis, stiebus ir lapus? Per pastaruosius tris dešimtmečius buvo sukurti ir išbandyti unikalių prietaisų kompleksai eksperimentams kosmose ir Žemės laboratorijose. Vienas svarbiausių pasiekimų - 1982 metais atliktas bandymas kosminėje mikrooranžerijoje „Fiton‑3“, kuri buvo įrengta orbitinėje stotyje „Saliut‑7“. Joje užaugo, žydėjo, užmezgė ir subrandino sėklas baltažiedis vairenis (Arabidopsis thaliana). Panašų eksperimentą tik po 20 metų pakartojo JAV mokslininkai. Tačiau iki šiol neišsiaiškinta, kokie būtų tokių „kosmonautų“ palikuonys.
Augalų jautrumas gravitacijai kosmose buvo tiriamas naudojant Gravitacinės fiziologijos sektoriuje sukurtas pirmąsias pasaulyje „kosmines“ centrifugas „Biogravistatas“ ir „Neris“. Kam jos reikalingos? Jomis sukuriama išcentrinė jėga, kurios poveikis nesvarumo sąlygomis atstoja Žemės gravitacijos jėgos poveikį. Kosmose augalus, be nesvarumo, veikia ir kiti konkrečiam kosminiam skrydžiui būdingi veiksniai, pavyzdžiui, pakitusi vandens ir dujų apykaita, spinduliuotė, kabinos oro sudėtis ir kita, todėl vienintelė galimybė atskirti nesvarumo ir kitų veiksnių sukeltas reakcijas - tyrimuose naudoti centrifugas, sukuriančias reikiamą išcentrinę jėgą. Centrifugos su tiriamaisiais augalais skriejo ne tik orbitinėje stotyje „Saliut‑7“, bet ir biologiniuose palydovuose „Bion‑10, ‑11“. „Biogravistatu“ nustatėme, kad fiziologiniu požiūriu 1 g dydžio išcentrinės jėgos poveikis nesvarumo sąlygomis ir Žemės gravitacijos poveikis salotų daigų orientacijai yra vienodas. Paaiškėjo, kad šių augalų hipokotiliai (Augalo daigo apatinė dalis nuo šaknies kaklelio iki skilčialapių; poskiltis) gali pajusti maždaug 0,0024 g gravitacijos jėgą, o šaknys yra net dešimt kartų jautresnės.
Kodėl augalų šaknys auga žemyn - gravitacijos jėgos veikimo, o stiebai - priešinga kryptimi? Kas yra augalų gravitacijos jutikliai ir kaip jie veikia? Atsakymų į šiuos klausimus jau buvo ieškoma ir tuomet, kai augalai į kosmosą dar neskraidė, tebeieškoma ir dabar. Žinome, kad žmonės ar gyvūnai pusiausvyrą jaučia dėl vidinės ausies receptorinėse ląstelėse esančių kalcio karbonato ar kitų druskų kristalų - otolitų, o augalams pusiausvyros ir gravitacijos jėgos pokyčius pajusti padeda gravitacijai jautrūs audiniai, kurių ląstelėse esantys amiloplastai (Augalų ląstelių plastidės (ląstelės organoidai), kuriose kaupiasi krakmolas) atlieka jutiklių (statolitų) funkciją.
Mūsų sektoriaus mokslininkai nagrinėja sėjamosios pipirnės (Lepidium sativum L.) daigų gravitacijai jautrių ląstelių funkcionavimą, pagal amiloplastų‑statolitų atsakomuosius judesius į silpnus gravitacinius signalus (silpniausias - 0,003 g). Jie modeliuojami unikaliu įrenginiu - centrifuga‑klinostatu, kuriame panaikinamas vienkryptis Žemės gravitacijos jėgos poveikis tiriamų augalų statolitams, t. y. modeliuojama nesvarumo būsena. Šiuo įrenginiu galima sukurti nuo 0,003 g iki 5 g dydžio išcentrinę jėgą (tai priklauso nuo centrifugos sukimosi greio). Pastaraisiais metais plėtojame tyrimus, kuriais norime išsiaiškinti, ar tam tikro spektro šviesa galima kompensuoti gravitacijos nebuvimą kosmose ir tikslingai valdyti augalų augimą ir vystymąsi uždarose gyvybės palaikymo sistemose. Gal gravitacija slopina augalų fototropizmą (Augalo reakcija - jo dalių judėjimas - į šviesos šaltinį ar nuo jo; pavyzdžiui, saulėgrąžų sukimasis pagal Saulę)?
Eksperimentų galimybėms praplėsti tyrimo įranga buvo modernizuota - klinostatuose ir centrifugoje‑klinostate įrengta miniatiūrinė apšvietimo sistema iš šviesos diodų, skleidžiančių monochromatinę šviesą (bangų ilgių sritis - nuo ultravioletinių spindulių A spektro ruožo (UVA - bangos ilgis nuo 315 nm iki 400 nm) iki 735 nm). Augalai turi įvairius fotoreceptorius (fototropinus, fitochromus, kriptochromus ir kt.), reaguojančius į skirtingo bangos ilgio ir intensyvumo šviesą. Atlikus pirmuosius eksperimentus su naująja apšvietimo sistema paaiškėjo, kad sumažintos gravitacijos sąlygomis augalo fototropizmas sustiprėja. Augimo kryptį ypač svarbu valdyti daiginant sėklas be gravitacijos. Nustatėme, jog imituoto nesvarumo sąlygomis nuo mėlynos (450 nm) šviesos poveikio sustiprėja augalo augimo ir morfogenetinės reakcijos (Organizmo genetines programas realizuojančios reakcijos, kurių metu kito organizmo ir jo struktūrų forma). Ankstyvaisiais augalo vystymosi tarpsniais mėlyna šviesa, priklausomai nuo veikimo krypties ir intensyvumo, orientuoja hipokotilį ir keičia daigo formą.
Tiriant šviesos ir gravitacijos poveikį lapų išsiskleidimui bei jų erdvinei orientacijai pirmą kartą aptikti sėjamosios pipirnės lapų gravitacijos jutikliai, esantys lapkočių apatinėje dalyje.
Kaip augalai reaguoja į šviesos spektro dedamąsias pakeisto svarumo sąlygomis, kur yra šviesos ir gravitacijos jutikliai (sensoriai), kaip jie sąveikauja - į šiuos ir kitus klausimus siekiame atsakyti drauge su kitų šalių kosminės biologijos tyrėjais. Manome, šie tyrimai padės nustatyti optimalias augalų augimo bei produktyvumo sąlygas ilgalaikėse kosminėse odisėjose.
Šios srities tyrimų rezultatai skelbiami moksliniuose žurnaluose, pavyzdžiui, Advances in Space Research; Journal of Gravitational Physiology; Microgravity Science and Technology; aptariami pasauliniuose ir Europos kosminės biologijos kongresuose bei simpoziumuose, kuriuos organizuoja Kosminių tyrimų komitetas (Committee on Space Research, COSPAR), Europos kosmoso agentūra (The European Space Agency, ESA), Europos hipogravitacijos tyrimų asociacija (The European Low Gravity Research Association, ELGRA).
Deja, nuo 2013 metų Gamtos tyrimų centre kosminės botanikos tematikos nebeliko.
tags: #baltaziedis #vairenis #seklu