كيف تشكل تكنولوجيا الفضاء الزراعة على الأرض.. البذور الحدود التالية للتكنولوجيا الزراعية الفضائية

استخدام المزيج الفريد لبيئة الفضاء كأداة لتطوير بذور المحاصيل بسمات جديدة ومفيدة

من المستحيل تجاهل آثار تغير المناخ، لا سيما وأن درجات الحرارة التي تحطم الرقم القياسي والمد والجزر وأحداث الطقس تسبب الفوضى في جميع أنحاء العالم.

في جميع أنحاء العالم، يتم فقدان 12 مليون هكتار من الأراضي القيمة للزراعة كل عام، وسيحتاج الإنتاج الزراعي العالمي إلى زيادة بنسبة 70% لتلبية الطلب المتزايد للسكان.

ليس من المستغرب أننا نشهد نموًا ثابتًا واستثمارًا، والأهم من ذلك، الابتكار في سوق التكنولوجيا الزراعية ، بما في ذلك صناعة الفضاء.

القيمة التي أوجدها ابتكار الفضاء هنا على الأرض لا تُقاس، تقول وكالة ناسا، إن عائدها على الاستثمار في الاقتصاد الأمريكي يزيد على ثلاثة أضعاف ميزانيتها السنوية، من البيانات الخلوية وتنبؤات الأعاصير إلى الروبوتات وعلوم الصحة، أصبحت العديد من جوانب حياتنا أسهل بكثير وأكثر كفاءة أو أكثر إمتاعًا بفضل الاختراقات والاستخدامات التي تم إجراؤها في الفضاء.

نحن نشهد الآن إمكانات هائلة للبحث والتقدم التكنولوجي في مجال التكنولوجيا الزراعية في الفضاء، مع التطبيقات التي ستمكّن مستقبلًا طويلاً من السكن خارج كوكب الأرض، فضلاً عن تحسين الممارسات الزراعية هنا على الأرض.

محطات فضائية تجارية

سيكون تطوير مصادر غذائية مستدامة وقابلة للتطوير لرواد الفضاء أمرًا بالغ الأهمية لقدرتنا على إنشاء وتوسيع وجهات جديدة في الفضاء بنجاح.

عدد قليل من الشركات التجارية، تعمل بنشاط على تطوير محطات فضائية تجارية جديدة لتحل محل محطة الفضاء الدولية، ومع هذه الوجهات الجديدة تأتي الحاجة إلى توفير طعام كثيف المغذيات للسكان.

التفكير خارج القيود العادية

نظرًا لأن بيئة الفضاء تعرض لنا تحديات لسنا مطالبين بمواجهتها هنا، يضطر الباحثون إلى التفكير خارج القيود العادية لما هو ممكن لابتكار حلول تؤدي غالبًا إلى ابتكارات تغير قواعد اللعبة هنا على الأرض، على سبيل المثال، ساعدت وكالة ناسا في تطوير تقنية LED الموجهة بيولوجيًا لمساعدة النباتات على النمو في الداخل.

ولدت هذه الفكرة من البحث الأولي حول مدى تأثير الرحلات الفضائية الطويلة على جسم الإنسان. من عام 1997 إلى عام 2017، تلقى المعهد الوطني لبحوث الطب الحيوي للفضاء منحًا من مركز جونسون للفضاء التابع لناسا في هيوستن لدراسة مصادر الضوء وكيف غيّرت نشاط الدماغ.

وجد الباحثون أن الضوء الأزرق يؤثر على كيفية إنتاج الجسم للميلاتونين، وهو هرمون مهم للحفاظ على عمل الساعات البيولوجية لرواد الفضاء في الوقت المحدد، أدى هذا الاكتشاف إلى قيام ناسا باستبدال الإضاءة الفلورية لمحطة الفضاء بمصابيح LED.

لقد استهلكوا طاقة أقل، وأصدروا حرارة أقل، وغيّروا اللون ودرجة الحرارة والشدة، ليعكسوا إيقاعات الساعة البيولوجية لرواد الفضاء، أثبتت القدرة على تغيير هذه الميزات أيضًا أنها ذات صلة بنمو النباتات في الداخل، حيث توفر مصابيح LED الأطوال الموجية المناسبة لعملية التمثيل الضوئي.

تأثير الفضاء على الزراعة على الأرض

في نفس الوقت تقريبًا بدأ NSBRI أبحاثه، ابتكر الدكتور ديكسون ديسبومييه، أستاذ علوم الصحة البيئية في جامعة كولومبيا، وطلاب الدراسات العليا البالغ عددهم 105 مزرعة عمودية، “مبنى متعدد الطوابق ينمو فيه طبقات من المحاصيل في كل الأرض”، إلى جانب عناصر التحكم في المناخ، كانت مصابيح LED التي طورتها وكالة ناسا بمثابة مغير لقواعد اللعبة للزراعة العمودية الأرضية، حيث تمت برمجتها بسهولة لتقديم أطوال موجية محددة ومفضلة لكل محصول وتوفير ظروف نمو أساسية.

الزراعة العمودية مؤثرة لأسباب عديدة، أولاً ، المزارع العمودية لديها غلة أعلى بكثير من المزارع التقليدية. يمكن أن ينتج الفدان المستزرع رأسياً ما يعادل أربعة إلى ستة أفدنة من التربة ، اعتمادًا على المحصول.

ثانيًا، توفر المزارع العمودية موسم نمو على مدار العام ، خالٍ من الطقس أو الآفات، ثالثًا، المزارع العمودية أكثر استدامة- سواء بالنسبة للمحاصيل نفسها أو للأرض، يعملون دون الحاجة إلى مبيدات الآفات أو مبيدات الأعشاب، ولأنهم لا يحتاجون إلى معدات زراعية ، يستخدمون (وينتجون) الحد الأدنى من الوقود الأحفوري.

الآن، تعد الزراعة العمودية واحدة من أسرع القطاعات نموًا في الزراعة، حيث استوحى العديد من رواد الأعمال من فرصة تقليل المياه والأراضي اللازمة لدعم المحاصيل، من المأمول أن يستهدف الجيل القادم من المزارع العمودية المحاصيل الأساسية- مثل القمح والذرة وفول الصويا – التي تشكل الغالبية العظمى من الأراضي الزراعية على الأرض وتتطلب موارد كبيرة.

تحفيز تغييرات جذرية في الممارسات الزراعية

ساعد الهبوط الأول على سطح القمر أيضًا في وضع معايير تؤثر على كيفية إنتاج طعامنا والحفاظ عليه آمنًا اليوم، أصبح تفشي التسمم الغذائي من أغذية السوبر ماركت المعبأة أمرًا نادرًا للغاية، وذلك بفضل اعتماد الصناعة شبه العالمي لنظام تحليل المخاطر ونقاط التحكم الحرجة ، تم إنشاء هذا النظام لأغذية رواد الفضاء في الأيام الأولى من برنامج Apollo ، مع ثلاثة مبادئ توجيهية: إجراء تحليل للمخاطر، وتحديد النقاط الحرجة وتحديد كيفية منع المخاطر والسيطرة عليها أو القضاء عليها، ومراقبة تلك النقاط بقياسات متكررة، يمكّن هذا النظام نفسه شركات الأغذية من تقديم طعام آمن وعالي الجودة للمستهلكين باستمرار.

هذا التصدير للمعرفة التقنية والأجهزة التي تم تطويرها من خلال حلول الفضاء ، أو “نقل التكنولوجيا”، لديه القدرة على تحفيز تغييرات جذرية في الممارسات الزراعية الحالية مع استمرار تضاؤل موارد كوكبنا.

اعتبارًا من اليوم، يؤثر الجوع في العالم على ما يقرب من 10٪ من سكان العالم، ويتجه 40٪ من الأنواع النباتية على الأرض نحو الانقراض، فالحلول لهذه التحديات حاليًا غير كافية، على الرغم من التوصل إلى صفقة جديدة مهمة لحماية التنوع البيولوجي في COP15 في ديسمبر، هناك حاجة إلى الاستمرار في استكشاف أدوات جديدة للسماح للكائنات الحية بمواكبة المناخ سريع التغير وتزايد عدد سكاننا.

بالإضافة إلى جهود التخفيف من آثار المناخ التي يتم الاضطلاع بها عبر قطاعات متعددة ، تتطلب الزراعة العالمية ابتكارات بيولوجية وتقنية جديدة جذرية لزيادة قدرة القطاع على التكيف وتقليل خسائر المحاصيل للحفاظ على ربحية المزرعة في سوق تنافسية بشكل متزايد.

تطوير بذور المحاصيل

شركة StarLab Oasis ، وهي شركة أبحاث زراعية مقرها أبو ظبي وشركة Voyager Space ، يخططان لاستخدام المزيج الفريد لبيئة الفضاء من الجاذبية الصغرى وإشعاع الفضاء السحيق وإطلاق الاهتزازات كأداة لتطوير بذور المحاصيل بسمات جديدة ومفيدة.

تم تطبيق هذا المفهوم الخاص بإدخال عوامل الإجهاد الجسدي إلى البذور لتطوير سمات جديدة على الأرض منذ ما يقرب من 100 عام، وهو مسؤول عن أكثر من 3200 محصول مختلف.

أنتجت تربية المحاصيل خارج الأرض على وجه التحديد أكثر من 200 نوع من أنواع النباتات والفاكهة الفضائية ، بما في ذلك الأرز، وفقًا لمؤسسة علوم وتكنولوجيا الفضاء الصينية.

وأكد ديلان إي تايلور، رئيس مجلس الإدارة والرئيس التنفيذي لشركة فوييجر سبيس، أن البذور الجديدة تعد فرصة هائلة أخرى للابتكار التكنولوجي الزراعي في الفضاء، تعمل ناسا بالفعل على تصميم بذور يتم نقلها على متن محطة الفضاء لتزدهر بشكل أفضل في تلك البيئة، باستخدام فيلم البذور – وهو بوليمر قابل للذوبان في الماء مضمن في البذور – يمكن تخزين بذور متعددة ومعالجتها والتحكم فيها في وقت واحد، ويمكن إضافة العناصر الغذائية إلى محلول غشاء البذور لتحفيز النمو.

تأمل ناسا في تضمين غشاء البذور بالمغذيات لحماية النباتات من الإجهاد الذي تواجهه الجاذبية الصغرى، أو إثراء غشاء البذور بكائنات مجهرية تعزز النمو، إذا نجحت، يمكن أن يكون فيلم البذور خيارًا قابلاً للتطبيق للمزارعين على الأرض الذين يتطلعون إلى تكييف النباتات لتكون أكثر مرونة في مواجهة عوامل الإجهاد.

نظام التحكم البيئي

وأوضح تايلور أن التقنيات التي تم تطويرها لتقنية agtech الفضائية لها أيضًا تطبيقات تمتد إلى ما وراء الزراعة لدعم مبادرات الاستدامة الأكبر.

في العام الماضي ، أطلقت وكالة ناسا جهازًا جديدًا لدعم الحياة، وهو نظام التحكم البيئي ودعم الحياة. تتيح هذه التقنية لعدد أكبر من أفراد الطاقم العيش على متن المحطة الفضائية لفترة أطول، مع الحاجة إلى توفير موارد أقل، يشتمل الجهاز على نظامين – نظام تنشيط الهواء ونظام استعادة المياه – يزيلان الملوثات.

يعتبر نظام استعادة المياه قويًا بشكل خاص، حيث يبلغ معدل الاسترداد 93.5٪، هذه القدرة التي أثبتت جدواها على إعادة تدوير مياه الصرف الصحي لديها إمكانات مذهلة لإحداث تأثير على الأرض، خاصة في الأماكن البعيدة مع قلة الوصول إلى المياه العذبة.

قائمة الابتكارات والتقنيات الفضائية التي لها تطبيقات أرضية واسعة النطاق وستستمر في النمو مع زيادة الموارد والفرص للبحث، رؤيتنا هي مستقبل غذاء مغذي ميسور التكلفة ونمو بشكل مستدام للبشرية، في أي مكان في الكون، ومن المؤكد أن الفضاء سيلعب دورًا محوريًا في تقريبنا منه.