En liten bit av staten Washington på landsbygden – och några av dess "invånare" – sprängdes ut i rymden från Kennedy Space Center i Florida torsdagen den 14 juli.

Invånarna är bakterier som lever i jorden i Prosser, Wash. Forskare kommer att studera vad bakterierna gör i en mikrogravitationsmiljö för att lära sig mer om hur markens mikrobiella samhällen fungerar i rymden. Det är information som forskare behöver för att odla mat antingen i rymden eller på en annan himlakropp.

Experimentet, finansierat av NASA, kallas DynaMoS, eller Dynamics of Microbiomes in Space. Studien genomförs av forskare vid Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory.

Det mikrobiella marksamhället på väg till den internationella rymdstationen består av åtta arter av bakterier som PNNL-forskare isolerade från en vetenskaplig fältplats i Prosser som drivs av Washington State University. Mikroberna kommer att vara en av nyttolasten för NASA:s SpaceX CRS-25 återförsörjningsuppdrag.

Grödor i rymden?

PNNL-forskare kommer att studera hur mikroberna beter sig i rymden jämfört med hur de beter sig på jorden. Varför blomstrar vissa arter under vissa förhållanden och kämpar under andra? Vem behöver vilka partners för att trivas, och vem kan vara förbrukad? Kommer mikrober att arbeta i rymden som de gör på jorden, för att hjälpa oss att odla mat och cirkulera kol och andra näringsämnen?

"Vi har fortfarande mycket att lära om hur mikroorganismer beter sig på jorden", säger Janet Jansson, chefsforskare och laboratoriestipendiat vid PNNL och ledaren för DynaMoS. "Det finns ännu fler frågor att ta itu med om vi ska odla mat i rymden, till exempel på månens yta eller för ett långvarigt uppdrag till Mars. Hur beter sig mikrober i mikrogravitation, till exempel?"

Jansson, Ryan McClure och andra PNNL-forskare har ägnat flera år åt att studera hur samhällen av mikroorganismer beter sig i jorden på jorden.

"Växter behöver nyttiga jordmikrober för att hjälpa dem att växa. Mikrober kan ge näringsämnen och skydda växter från torka, från patogener och från andra typer av stress", säger McClure. "Att förstå hur mikrober interagerar när de gör detta är det första steget för att bygga samhällen av mikrober som kan stödja växttillväxt på platser som månen, Mars eller rymdstationen."

Hemma, även i rymden

Experimentet bygger på någon av de tjusigaste teknikerna som finns för att studera något så vanligt som jord. Bara en kopp jord innehåller vanligtvis tusentals olika mikrobiella arter - alldeles för många för att förstå på en gång. Från sina studier i Prosser har PNNL-teamet utvecklat ett naturligt interagerande samhälle av åtta arter som kommer att användas för rymduppdraget.

Bakterierna kommer att växa i sin hemmiljö, jord som samlas in från Prosser. Några dagar före lanseringen kommer forskarna att inokulera jorden med de åtta bakterierna:Dyadobacter, Ensifer, Neorhizobium, Rhodococcus, Sinorhizobium, S phingopyxis, Streptomyces och Variovorax.

Jorden kommer att innehålla kitin, en vanlig mikrob chow som finns i jord över hela världen. Förmågan att äta kitin, eller äta biprodukter som avges av andra arter när de bryter ner kitin, är nyckeln för att mikrobiella samhället ska överleva.

"Den inhemska markmikrobiomet är mycket komplex, med tusentals arter och miljontals interaktioner. Så vi valde att börja med att fokusera på åtta arter från ett naturligt utvecklat samhälle för att studera", säger McClure, som kallar grupperingen en "reducerad komplexitet gemenskap.

Experimentet kommer att omfatta 104 provrör som innehåller jorden och utvalda mikrober. Hälften kommer att skickas till rymdstationen, och hälften kommer att växa under liknande förhållanden – förutom gravitation och atmosfär – i ett laboratorium vid Kennedy Space Center i Florida.

Varje rör kommer att innehålla 20 gram jord packad med kitin och hundratals miljoner av var och en av de åtta bakterierna. Proverna kommer att tas vid fyra olika tidpunkter under 12 veckor. Sedan kommer rymdproverna att returneras till Kennedy Space Center, och alla prover och mikrober kommer att köras via en kylbil från Kennedy till PNNL för intensiv analys.

Tillbaka på terra firma

Forskare kommer att mäta antalet av varje art såväl som deras proteiner, andra molekylära budbärare som kallas transkript och biprodukter som kallas metaboliter. Mätningar kommer att berätta vem som är mest förekommande, vem som är sällsynt, och ännu viktigare vad var och en gör och hur de interagerar. Mätningarna kommer att göras vid EMSL, Environmental Molecular Sciences Laboratory, en DOE Office of Science-användaranläggning vid PNNL.

"Vi måste förstå vem som spelar bra med vem, vem som aldrig vill vara med vem, och så vidare. Det krävs en by av mikrober för att skapa ett blomstrande samhälle och för att förbättra växtodlingen. Det är sant för jordbruksproduktion var som helst, oavsett om det är i rymden eller på jorden, säger Jansson, som sitter i en panel av biologer som deltar i Decadal Survey on Biological and Physical Sciences Research in Space 2023−2032.

Mycket av grunden för markuppdraget har etablerats genom en studie av markmikrobiomet av PNNL-forskare och som har finansierats av DOE.

Andra experiment ombord kommer att titta på sårläkning, immunceller, biosensorer, betong och jordens damm. + Utforska vidare

Forskare upptäcker nya jordvirus