Dok NASA planira misije na Mesec i Mars, ključni faktor je pronalaženje načina da se nahrani članovi posade tokom njihovih nedelja, meseci, pa čak i godina u svemiru.
Astronauti na Međunarodnoj svemirskoj stanici prvenstveno jedu unapred upakovanu hranu, koja zahteva redovno snabdevanje i može da pogorša kvalitet i ishranu. Istraživači istražuju ideju da posade uzgajaju deo svoje hrane tokom misije, testirajući različite useve i opremu kako bi otkrili kako da to urade bez puno dodatnog hardvera ili energije.
Prvi korak u ovom istraživanju je identifikovanje biljaka koje treba testirati. NASA je 2015. godine započela projekat sa botaničkom baštom Fairchild u Majamiju pod nazivom „Groving Beiond Earth“. Program je angažovao stotine srednjih i srednjih škola prirodnih nauka širom SAD da uzgajaju različita semena u staništu sličnom onom na svemirskoj stanici. Seme koje dobro raste u učionicama se zatim testira u komori u NASA-inom svemirskom centru Kenedi. One koje se tamo dobro snalaze šalju se na stanicu da testiraju kako rastu u mikrogravitaciji.
NASA takođe ima testirane objekte za smeštaj budućih vrtova mikrogravitacije. Jedan je Sistem za proizvodnju povrća, ili Veggie, jednostavna komora male snage koja može da drži šest biljaka. Seme se uzgaja u malim platnenim „jastucima“ o kojima se brinu članovi posade i zalivaju ih ručno, slično brizi za baštu sa prozorima na Zemlji.
Drugi sistem, pasivni orbitalni sistem za isporuku nutrijenata, ili Veggie PONDS, radi sa Veggie platformom, ali zamenjuje jastuke za seme držačem koji automatski hrani i zaliva biljke. Advanced Plant Habitat je potpuno automatizovan uređaj dizajniran da proučava rastuće biljke na načine koji zahtevaju samo minimalnu pažnju posade.
Serija eksperimenata na svemirskoj stanici poznatoj kao Veg-04A, Veg-04B i Veg-05 uzgajala je senf Mizuna, lisnati zeleni usev, pod različitim svetlosnim uslovima i upoređivao prinos biljaka, nutritivni sastav i nivoe mikroba. Istraga je takođe uporedila biljke uzgajane u svemiru sa onima koje se uzgajaju na Zemlji, a članovi posade su ocenili ukus, teksturu i druge karakteristike proizvoda.
Plant Habitat-04 analizirao je interakcije biljaka i mikroba i procenio ukus i teksturu čili paprike. Prvi rod, ubran 29. oktobra 2021. godine, pojela je posada, a 12 paprika iz druge berbe vraćeno je na Zemlju na analizu. Ovaj eksperiment je pokazao da je istraživanje proizvodnje svemirskih useva na pravom putu i istraživači planiraju da primene naučene lekcije na testiranje drugih biljaka.
Rani eksperiment, PESTO, otkrio je da mikrogravitacija menja razvoj listova, biljne ćelije i hloroplaste koji se koriste u fotosintezi, ali nije štetila biljkama u celini. U stvari, biljke pšenice porasle su 10% više u odnosu na one na Zemlji.
Istraživanja rasta sadnica su pokazala da se sadnice mogu aklimatizirati na mikrogravitaciju modulacijom ekspresije nekih gena povezanih sa stresorima u svemiru, što je otkriće koje doprinosi znanju o tome kako mikrogravitacija utiče na fiziologiju biljaka.
Jedan od načina na koji biljke osećaju gravitaciju je promena kalcijuma u svojim ćelijama. Plant Graviti Sensing, istraživanje JAKSA (Japan Aerospace Ekploration Agenci), izmerilo je kako mikrogravitacija utiče na nivoe kalcijuma, što bi moglo pomoći naučnicima da osmisle bolje načine za uzgoj hrane u svemiru.
ADVASC, istraživanje koje je uzgajalo dve generacije biljaka gorušice koristeći naprednu komoru za astrokulturu, pokazalo je da je seme bilo manje, ali da je klijavost skoro normalna u mikrogravitaciji.
Jedan značajan izazov za uzgoj biljaka u mikrogravitaciji je obezbeđivanje dovoljno vode da bi bile zdrave, a da se ne udave u previše vode. Plant Vater Management je demonstrirao hidroponsku (baziranu na vodi) metodu za obezbeđivanje vode i vazduha korenu biljaka. Studija KSROOTS testirana je korišćenjem i hidroponskih i aeroponskih (baziranih na vazduhu) tehnika za uzgoj biljaka umesto tradicionalnog tla. Ove tehnike bi mogle da omoguće proizvodnju velikih količina useva za buduća istraživanja svemira.
Tokom serije istraživanja pod nazivom VEG-03, koja je uzgajala ekstra patuljak Pak Choi, Amara senf i crvenu romejsku salatu, NASA-in astronaut Majk Hopkins primetio je da se neke od biljaka bore. Hopkins je izvršio prvu transplantaciju biljaka u svemiru, premestivši dodatne klice sa cvetnih biljnih jastuka u dva jastuka koji se bore u Vegiju. Transplantacije su preživele i rasle, otvarajući nove mogućnosti za budući rast biljaka.
Biljke izložene svemirskim letovima prolaze kroz promene koje uključuju dodavanje dodatnih informacija njihovoj DNK, utičući na to kako se geni uključuju ili isključuju bez promene sekvence same DNK. Ovaj proces je poznat kao epigenetska promena. Plant Habitat-03 procenjuje da li se takve adaptacije u jednoj generaciji biljaka koje se gaje u svemiru mogu preneti na sledeću generaciju.
Dugoročni cilj je razumeti kako epigenetika doprinosi adaptivnim strategijama koje biljke koriste u svemiru i, na kraju, razviti biljke koje su pogodnije za obezbeđivanje hrane i drugih usluga u budućim misijama. Rezultati bi takođe mogli da podrže razvoj strategija za prilagođavanje useva i drugih ekonomski važnih biljaka za rast u marginalnim i obnovljenim staništima na Zemlji.
Vrtovima je, naravno, potrebna njega. Istraživanja Veg-04A, Veg-04B i Veg-05 su takođe razmatrala kako biljke koje neguju doprinose dobrobiti astronauta. Mnogi astronauti su izjavili da su smatrali da je briga o biljkama prijatna i opuštajuća aktivnost — još jedan važan doprinos budućim dugotrajnim misijama.
