Laika 2.0, sau cum pot deveni albinele favoritul cosmic al omenirii

Oamenii au visat de secole să călătorească „până la stele”, iar această dorință a fost realizată cu succes de peste 60 de ani. Se dovedește, însă, că călătoriile nu reprezintă totul - agențiile de vârf din sectorul spațial vorbesc din ce în ce mai îndrăzneț despre planurile de stabilire pe Lună sau Marte. Există multe indicii că atunci când vor avea loc, nu vom fi singura specie care se așează în afara Pământului - este foarte posibil să luăm... albine cu noi. Au ele șansa să devină animalul nostru cosmic? Și ce spune știința modernă despre asta?

Elemente din aceasta imagine sunt furnizate de NASA

Planurile îndrăznețe trebuie însă precedate de o analiză aprofundată a nevoilor unor astfel de expediții. Una dintre problemele cheie ale misiunilor spațiale pe termen lung este problema furnizării de hrană echipajului. Până acum, s-a rezolvat pe linia celei mai mici rezistențe, mizând pe provizii, uneori special pregătite în acest scop, luate de pe Pământ. Din când în când, astronauții de pe ISS primesc un transport de legume și fructe proaspete impreuna cu alte materii prime și echipamente necesare, dar acest lucru este rar. O situație similară pare a fi imposibilă în contextul instalării pe o altă planetă, când transportul în sine ar dura atât de mult încât legumele sau fructele proaspete ar avea timp să se strice (în cazul unei călătorii pe Marte, timpul acestuia este estimat la peste jumătate de an). Cu atât mai mult, când luăm în considerare costul lansării a 1 kg de marfă în spațiu și capacitatea maximă de încărcare a rachetelor disponibile, nevoia ca viitoarele colonii să devină independente de transporturile de alimente de pe Pământ devine reală. Sere extraterestre, care apar în publicațiile care analizează problemele așezării extraterestre deja în anii 1990 [Eckart, 1996], pot veni în ajutor. Potrivit Organizației Națiunilor Unite pentru Alimentație și Agricultură, până la 70% din culturile lumii depind de munca albinelor și a altor insecte polenizatoare, contrastând acest fapt cu posibila soluție prezentată mai sus pentru a se asigura că așezările extraterestre devin independente de proviziile de pe Pământ, întâlnim o întrebare complet nouă: dacă și cum vor face față albinele, în spațiu? Ce vor avea de înfruntat? Și cum le putem ajuta?

Desen Mariusz Uchman

Debutanti cosmici

Cercetările privind starea albinelor și a altor polenizatori în contextul misiunii și spațiului au fost efectuate încă din anii 1980. Primul experiment descris pentru a determina capacitatea diferitelor specii de insecte de a se mișca fără greutate a fost experimentul de studiu al mișcării insectelor în zbor de o săptămână, realizat în 1982 la bordul navetei spațiale Columbia [Schilder și Raynor, 2017]. Studiul a implicat albine, muște de casă și molii, aproximativ 50 de indivizi în total, dintre care aproximativ 14 albine. Speciile au fost selectate pentru raportul lor diferit aripi-corp. Experimentul i-a determinat pe cercetători să tragă câteva concluzii interesante. Majoritatea „generației zero” – adică născuți pe Pământ și adusi pe orbită ca adulți – au ales să se lipească de pereți în loc să zboare. Doar moliile și muștele „născute” în spațiu s-au putut deplasa în imponderabilitate - au sărit la suprafață și „alunecau” fără să bată din aripi. Datorită specificului și ritmului de dezvoltare al albinelor, toți subiecții erau din „generația zero”, iar experimentul nu a testat niciun născut în imponderabilitate. Cel mai probabil din acest motiv, albinele nu au învățat să zboare, ci au stat doar „agățate” de pereții recipientului în care a avut loc experimentul.

Când, întâmplător, una dintre albine a „căzut” de pe perete, nu a putut să se întoarcă și să stea din nou pe perete, așa că a plutit neputincios în aer. Mai mult, toate albinele implicate în experiment au murit, iar cea mai probabilă cauză a fost malnutriția. Un alt experiment, de data aceasta cu albinele înseși, a fost efectuat doar doi ani mai târziu și a avut ca scop verificarea supraviețuirii generale și a comportamentului indivizilor acestei specii în microgravitație, precum și a capacității lor de a construi faguri [Vandenberg et al., 1985 ]. În acest scop, a fost proiectat Bee Enclosure Module (B.E.M.) - un dispozitiv asemănător unui stup miniatural cu 3 rame, cu un spațiu pentru hrănirea albinelor. Dispozitivul a fost realizat în 2 copii - unul ca eșantion de testare care a zburat în spațiu, iar celălalt ca așa-numită probă de control care a rămas pe Pământ. În fiecare dintre ele au fost plasate aproximativ 3.400 de muncitoare (0,45 kg) și 1 matcă. Exemplarele au fost închise într-unul din B.E.M. Pe 5 aprilie 1984, au fost duși pe orbită cu echipajul navetei spațiale Challenger, unde au petrecut 7 zile - pe 13 aprilie, s-au întors pe Pământ cu echipajul, iar o zi mai târziu au fost transferați de pe dispozitiv într-un stup standard „Pământ”. Subiecții din proba de control din 6 aprilie au fost blocați în B.E.M., iar apoi a fost simulat un zbor în spațiu folosind o centrifugă cu supraalimentare pentru a exclude un posibil impact al decolării asupra rezultatelor experimentului. După 7 zile, pe 12 aprilie, albinele au fost transferate într-un stup terestru standard.

Proiecte in scoli privind albinele in spațiu

După anii 1980, a existat o lungă pauză în cercetarea albinelor în contextul spațial. Abia în 2003 a fost efectuat un alt experiment la bordul navetei spațiale Columbia. A fost conceput ca parte a programului STARS (Science Technology and Research Students), prima inițiativă privată care a popularizat interesul pentru cercetarea spațială în rândul elevilor din Statele Unite, Europa, Japonia și din alte părți ale lumii. Scopul experimentului, conceput de studenți din Liechtenstein, a fost să investigheze modelele de comportament ale hrănirii albinelor din specia Xylocopa. Din păcate, rezultatele experimentului nu au fost niciodată cunoscute - naveta spațială Columbia a fost distrusă la întoarcerea sa din spațiu ca urmare a deteriorării scutului termic în timpul decolării. Ca urmare a acestei catastrofe, una dintre cele mai mari cuceriri umane ale spațiului din istorie, toți cei șapte astronauți de la bord - Rick Husband, William McCool, David Brown, Kalpana Chawla, Michael P. Anderson, Laurel Clark și Ilan Ramon - și-au pierdut viața.

Cercetarea spațială nu numai în spațiu

Multe aspecte esențiale pentru succesul unei misiuni spațiale pot fi, de asemenea, explorate pe Pământ în condiții proiectate corespunzător pentru experiment. Astfel de factori includ, printre altele, presiune redusă, supraîncărcări generate de decolarea unei rachete sau simularea condițiilor care predomină într-un habitat extraterestru. În 2012, o echipă de cercetători canadieni a investigat relația dintre eficiența muncii bondarilor și valoarea presiunii atmosferice. Acest parametru este important datorită planurilor de construcție a serelor extraterestre - deoarece pe Marte sau pe Lună presiunea este de doar 1% din cea a Pământului, pare ineficient să se asigure în interiorul serei o presiune egală cu presiunea atmosferică a Pământului. În acest caz, cultivarea plantelor în condiții de presiune redusă, de exemplu la nivelul de 70% din presiunea pământului, este mult mai justificată din punct de vedere economic. Studiile efectuate anterior indică faptul că speciile de plante selectate în astfel de condiții se descurcă în mod comparabil cu condițiile de presiune standard a pământului [Chamberlain și colab. 2003, He et al. 2007]. Cu toate acestea, unele dintre speciile propuse, cum ar fi roșiile, pe lângă condițiile barometrice adecvate, necesită polenizare de către insecte. Conceptul de construire de sere extraterestre în care presiunea va fi menținută mai mică decât presiunea atmosferică a Pământului (<1000 hPa) este justificată de eficiența funcționării și de calculul economic al menținerii unei astfel de structuri. Reducerea diferenței de presiune dintre interiorul structurii (unde presiunea va fi apropiată de cea a Pământului) și condițiile externe (în funcție de corpul ceresc ales: de la sutimi din presiunea Pământului pe Marte la cvadrilioane de pe Lună) vă va permite să utilizați mai puțină energie pentru a mentine viata, în interiorul serei, precum și reducerea la minimum a „nocivității” oricăror scurgeri din structură - diferența de presiune mai mică dintre exterior și interior ar putea oferi tehnicienilor și inginerilor ore de timp prețios pentru a repara daunele cauzate de structurile imperfecte sau daune cauzate de impactul meteoritilor (pe Lună) sau de furtunile de nisip (pe Marte). Cercetările oamenilor de știință canadieni [Nardone et al. 2012] au arătat că bondarii funcționează bine până la 50% din presiunea atmosferică a Pământului (500 hPa). Sub această valoare, indivizii au petrecut mult mai mult timp pe jos decât zburând, ceea ce le-a afectat negativ performanța generală ca polenizatori. Interesant este că atunci când cantitatea de oxigen din amestecul de aer a fost crescută la valoarea corespunzătoare presiunii parțiale standard a oxigenului din atmosferă, eficiența polenizării a fost îmbunătățită în continuare. Acest lucru sugerează că serele care funcționează la presiune redusă, dar menținând proporția de oxigen din amestecul de aer, vor fi un loc bun pentru bondari ca insecte polenizatoare pentru „culturile spațiale”.*

Accente poloneze

În 2019, un experiment neobișnuit cu albine a avut loc în habitatul analog Lunares, lângă Pila, în Polonia. În timpul misiunii spațiale analogice de două săptămâni de acolo, timp în care echipa așa-numitului astronauții analogici au fost complet izolați de lumea exterioară, simulând astfel existența lor pe o planetă străină, o echipă de cercetători a decis să verifice dacă albinele ar putea funcționa corect într-un spațiu complet închis. În acest scop, doi stupi cu un total de circa 90.000 de albine au fost amplasați într-un loc special amenajat din habitat. După 2 săptămâni, oamenii de știință erau gata să tragă primele concluzii. Una dintre cele mai deranjante observații a fost mortalitatea foarte mare a indivizilor - în medie, de la 1.000 la 1.200 de indivizi au murit la fiecare 4 zile. Mai mult, matcile din ambele familii au încetat să mai depuna oua, iar comportamentul general al familiilor a indicat că acestea au decis să... ierneze. Motivele exacte ale unei astfel de reacții nu au fost încă cunoscute, dar oamenii de știință indică o posibilă relație a acestui comportament cu alimentația albinelor studiate - spirulina pudră bogată în proteine a fost folosită ca înlocuitor de polen.

În 2021 mi-am început cercetările, menite să ne apropie de posibilitatea de a încerca „mierea cosmică”. Scopul cercetării a fost de a determina dacă și cum lansarea rachetei, și mai precis supraîncărcările generate în timpul lansării acesteia, afectează fertilitatea reginei. Am considerat că este crucial din două motive - în primul rând, nu cunoaștem nicio altă posibilitate de a mă transporta pe o altă planetă decât cu racheta, iar acestea în timpul lansării generează mereu supraîncărcări și este un element care nu poate fi evitat. În al doilea rând, o matca sănătoasă și puternică este crucială pentru succesul coloniei - dacă dorim să folosim albinele ca potențiali polenizatori pe Marte, trebuie să fim siguri că familia va fi viabilă pe loc, iar acest lucru nu va fi posibil fără matca. Combinația acestor două motive m-a determinat să formulez o întrebare de cercetare și o metodologie de cercetare.

În iunie 2021, matcile cu albinele lor au fost plasate într-un dispozitiv special conceput pentru monitorizarea stării lor (BeeO! Logical Payload). Una dintre cele două copii ale încărcăturii, servind drept probă de testare, a fost plasată pe puntea centrifugei de suprasarcină, în timp ce cealaltă, fiind testul de control, a rămas la standul de control în condiții normale de gravitație. Centrifuga este un dispozitiv folosit de obicei pentru a antrena piloți militari și astronauți să funcționeze în timpul supraîncărcărilor, așa că este cert că supraîncărcările simulate de aceasta reflectă supraîncărcările care apar în timpul lansării rachetei într-un mod cât mai apropiat de realitate (Foto. 2).

Fotografie 2. Centrifuga. Fotografie Dagmara Stasiowska

Sau, poate, drone?

Ultima, deși nu cea mai puțin importantă, posibilitate de polenizare a culturilor spațiale este utilizarea dronelor în acest scop. Una dintre astfel de propuneri este Plan bee** - un proiect propus de Anna Haldewang, un designer industrial american. Acest mic robot, conform autorului ideii, urmează să servească pe Pământ drept „ajutor” pentru polenizatorii naturali, dar poate fi folosit cu succes și în sere la scară largă, atât pe Pământ, cât și nu numai.

Cu toate acestea, albinele au o caracteristică foarte importantă care le face superioare unei soluții robotizate - nu au nevoie de energie. Acesta se poate dovedi a fi unul dintre argumentele cheie atunci când decideți în sfârșit asupra unei soluții utilizate, de exemplu, pe Marte. Și produs de albine, apropo, miere? Ei bine, va fi cu siguranță un plus frumos și o amintire caldă a planetei natale.

MSc. Dagmara Stasiowska
Această adresă de email este protejată contra spambots. Trebuie să activați JavaScript pentru a o vedea.
Departamentul de Biocibernetică și Inginerie Biomedicală
Universitatea de Știință și Tehnologie AGH Stanisław Staszic, Cracovia

* Valoarea medie a presiunii pământului este de aproximativ 1.000 hPa = 100.000 Pa. Presiunea medie pe Lună este de 3 × 10-12 hPa. Presiunea pe Lună împărțită la presiunea asupra Pământului este de trei cvadrilioane.

** Un joc de cuvinte intraductibil - „BEE” înseamnă o albină în engleză, în timp ce în pronunție întregul nume sună ca „Planul B”.

Abonament