Astronauterna vid den internationella rymdstationen tillbringar mer tid borta från jorden, men de behöver fortfarande sin dagliga servering av grönsaker. I jakten på att hitta ett hållbart sätt för besättningen att odla sina egna grönsaker medan de kretsar runt – och möjligen en dag på månen eller Mars – skickar studentforskare broccolifrön belagda med en hälsosam dos probiotika till rymden.

Sex broccolifrön fanns ombord på rymdskeppet Orbital ATK Cygnus som sjösattes denna vecka från Wallops Island, Virginia, som en del av ett uppdrag för att försörja last i rymdstationen. Tre av fröna reser till rymden som de är, medan de andra tre var belagda med två olika arter av bakterier, utvecklad vid University of Washington, som kan leva inuti växter och förbättra deras tillväxt. Dessa "nyttiga" mikrober, även kallad endofyter, kan också hjälpa växter att växa bättre i miljöer med extremt låg gravitation, och där näringsämnen eller vatten kan saknas.

Målet med experimentet, genomförd av elever vid Valley Christian High School i San Jose, Kalifornien, är att lära sig att odla grönsaker i den utmanande, mikrogravitationsförhållandena för rymdstationen – och så småningom på månen och Mars – när mänskliga rymdutforskningar expanderar. Utvecklad av ett team på 11 studenter, de första markexperimenten visade sig vara framgångsrika, eftersom broccolin växte snabbare och betydligt större än kontrollstudien.

"Det skulle vara idealiskt om vi kunde odla grödor för astronauter på rymdstationen eller som är mån- eller Mars-baserade utan att behöva frakta krukblandning eller gödningsmedel, sa Sharon Doty, en UW-professor vid School of Environmental and Forest Sciences och en växtmikrobiolog som isolerade och karakteriserade mikroberna som användes i detta experiment. "Vi skulle vilja kunna få växter att växa i det som finns tillgängligt med en minimal insats."

Eleverna deltar i Quest Institute for Quality Educations program "Quest for Space" och mentors av David Bubenheim från NASA-Ames Research Centers Biospheric Science Branch och John Freeman från Intrinsyx Technologies. Experimentet förbereddes i ett flyglaboratorium beläget vid NASA-Ames Research Center i Kalifornien.

Freeman har testodlat många växter ombord på den internationella rymdstationen, och har också använt samma mikrober för att öka tillväxten av växtväxter som tomater, sallad, sojabönor, vete, majs och broccoli. Freeman har upptäckt att växterna trivs, även när det ges mindre vatten och viktiga näringsämnen som kväve och fosfor.

Hans arbete bekräftar också en studie från 2016 där Doty och medförfattare fann att växter bättre kan tolerera torka och andra miljöpåfrestningar med hjälp av naturliga mikrober som ger näringsämnen till sina växtpartners.

Dessa specifika endofyter och broccoliväxter valdes ut för rymdflygningsexperimentet eftersom de fungerade bra tillsammans i växthustester under odlingsförhållanden som liknar Mars, där kväve och fosfor är begränsade, sa Freeman.

Medan ett antal olika grönsaksodlingsexperiment har utförts ombord på den internationella rymdstationen, detta är det första som studerar naturliga mikrober för att möjligen hjälpa växter att växa under näringsbegränsningar och i mikrogravitation, han sa.

"I rymden, växter är mycket stressade och växer eller reproducerar inte bra, "Förklarade Freeman. "Vi vill att växter ska växa bättre. Vi provar broccoli eftersom det anses vara en anti-cancerframkallande matkälla som är en bra kostkandidat för utforskare i rymden."

Mikroberna är först inkapslade i en beläggning som täcker broccolifrön, som skyddar fröna från uttorkning och möjliggör säker torrförvaring innan fröna hydratiseras och odlas i omloppsbana. När de endofytbelagda broccolifröna når rymdstationen, de kommer att hydreras i en liten växttillväxtkammare som ger konstant ljus för att främja fotosyntes. Kameror tar bilder av plantorna med jämna mellanrum, som kommer att hjälpa gymnasieforskarna och deras mentorer att spåra den övergripande planttillväxten.

Efter att växterna återvänt från rymden, studenterna kommer att mäta deras tillväxt och klorofyllinnehåll och jämföra den inokulerade broccolin med dem som odlats utan mikrober.

Separat, Doty och hennes team kommer att få växtprover för att undersöka hur väl de två mikroberarna koloniserade broccolin i rymden, och om de var lika effektiva som när de odlades på jorden.

"Vi vill veta om mikroberna fortfarande hittar in i växten även i mikrogravitation, och om någon av de nödvändiga anläggningssignalerna är markbaserade, " Sa Doty. "Vi måste testa om de fortfarande fungerar som vi skulle förvänta oss när vi odlar i en annan miljö som mikrogravitation."

Doty och hennes UW-team isolerade mikroberna som användes i detta experiment för mer än ett decennium sedan från vilda pilväxter som växte på näringsfattig mark bland stenarna och sanden längs floden Snoqualmie. Växterna hade redan valt de bästa mikroberna för att hjälpa dem att växa under hårda förhållanden, så forskarna knackade på dessa viktiga mikrobiella stammar och använde dem för att hjälpa till att odla växter, gräs och träd växer i svåra miljöer.

Dessa mikrober kan gynna växter av alla slag, hjälpa dem att omvandla kväve från luften till väsentliga näringsämnen för växten och minska behovet av konstgödsel, när det gäller växter som broccoli.

I separata projekt, Doty och hennes labb, tillsammans med Bubenheim och Freeman, börjar testa om växter med naturlig pil- och poppelmikrober kan växa under förhållanden som finns på månen och på Mars. De använder regolitsimulator - malt stenigt material utan organiskt material - som efterliknar utomjordiska förhållanden på båda platserna för att se om mikrober kan hjälpa växter att växa under annars svåra förhållanden. Arbetet är också en del av UW Astrobiology Program, som var det första universitetsprogrammet i sitt slag när det lanserades för 20 år sedan.

"Detta är det första steget i vad jag hoppas blir ett riktigt långsiktigt forskningsprogram för att utveckla bosättning på Mars och på månen på ett mycket effektivt sätt med hjälp av naturlig symbios istället för att försöka föra kemisk gödning till dessa miljöer, sa Doty.