Warum zukünftige Weltraumfarmen von Pflanzen abhängen, die in der Antarktis angebaut werden

Die Entdeckung, wie Menschen im Weltraum ernährt werden können, ist ein wichtiger Teil größerer Bemühungen, die langfristige Lebensfähigkeit der menschlichen Besiedlung in außerirdischen Umgebungen zu beweisen. Am 12. Mai 2022 gab ein Team von Wissenschaftlern bekannt, dass es ihnen gelungen ist, Pflanzen mit Monderde zu züchten, die während der Apollo-Missionen auf dem Mond gesammelt wurde. Aber dies ist nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler versuchen, Pflanzen in Böden anzubauen, die normalerweise kein Leben ermöglichen würden.

Ich bin Historiker der Antarktiswissenschaft. Wie man im äußersten Süden der Erde Pflanzen und Lebensmittel anbaut, ist seit mehr als 120 Jahren ein aktives Forschungsgebiet. Diese Bemühungen trugen dazu bei, das Verständnis für die vielen Herausforderungen der Landwirtschaft in rauen Umgebungen zu verbessern, und führten schließlich zum Anbau begrenzter, aber erfolgreicher Pflanzen in der Antarktis. Besonders nach den 1960er Jahren begannen Wissenschaftler, diese Forschung offen als Ausgangspunkt für die Besiedlung des Weltraums durch den Menschen zu betrachten.

Frühe Bemühungen, Pflanzen in der Antarktis anzubauen, konzentrierten sich hauptsächlich darauf, Entdecker mit Nahrung zu versorgen.

1902 baute der britische Arzt und Botaniker Reginald Quitlitz als erster Mensch Nahrungsmittel auf antarktischem Boden an. Er sammelte etwas Erde vom McMurdo Sound und verwendete sie, um Senf und Brunnenkresse in Oberlichtkästen auf dem Kreuzfahrtschiff anzubauen. Die Ernte war sofort nützlich für die Expedition. Koettlitz produzierte genug, dass die gesamte Crew während eines Skorbutausbruchs Gemüse aß, um ihre Symptome zu vermeiden. Diese frühen Erfahrungen zeigten, dass antarktische Böden produktiv sein können, und zeigten auch die ernährungsphysiologischen Vorteile frischer Lebensmittel während Polarexpeditionen.

Frühe Versuche, Pflanzen direkt in antarktischen Landschaften anzubauen, waren weniger erfolgreich. 1904 schickte der schottische Botaniker Robert Rodmus Brown Samen von 22 kältetoleranten arktischen Pflanzen auf die kleine, gefrorene Insel Lowry, um zu sehen, ob sie wachsen würden. Alle Samen konnten nicht keimen, was Rodmus Brown sowohl den Umweltbedingungen als auch dem Fehlen eines Biologen zuschrieb, um ihr Wachstum zu starten.

Es gab viele Versuche, nicht heimische Pflanzen in die antarktische Landschaft einzuführen, aber sie haben im Allgemeinen nicht lange überlebt. Während der Boden selbst einige Pflanzen unterstützen konnte, war die raue Umgebung für wachsende Pflanzen nicht geeignet.

In den 1940er Jahren hatten viele Länder damit begonnen, langfristige Forschungsstationen in der Antarktis einzurichten. Da es unmöglich war, draußen Pflanzen anzubauen, nahmen es einige Bewohner dieser Stationen auf sich, Gewächshäuser zu bauen, um für Nahrung und emotionales Wohlbefinden zu sorgen. Aber sie stellten bald fest, dass der antarktische Boden für die meisten Feldfrüchte außer Senf und Brunnenkresse von zu schlechter Qualität war und normalerweise nach ein oder zwei Jahren seine Fruchtbarkeit verlor. Ab den 1960er Jahren begannen die Menschen, auf Hydroponik umzusteigen, ein System, bei dem Pflanzen mit ihren Wurzeln in chemisch angereichertes Wasser unter einer Kombination aus künstlichem und natürlichem Licht gezüchtet werden.

Mit Gewächshaus-Hydroponik-Techniken nutzten Pflanzenproduktionsanlagen die antarktische Umgebung überhaupt nicht zum Anbau von Pflanzen. Stattdessen schufen die Menschen künstliche Bedingungen.

Bis 2015 gab es in der Antarktis mindestens 43 verschiedene Einrichtungen, in denen Forscher zu irgendeinem Zeitpunkt Pflanzen gezüchtet hatten. Während diese Einrichtungen für wissenschaftliche Experimente nützlich waren, schätzten viele Antarktis ihre Fähigkeit, im Winter frisches Gemüse zu essen, und betrachteten diese Einrichtungen als einen enormen Segen für ihr psychisches Wohlbefinden. Wie ein Forscher es beschrieb, ist es „warm, hell und voller grünem Leben – eine Umgebung, die man im antarktischen Winter vermisst“.

Als Mitte des 20. Jahrhunderts die permanente menschliche Besetzung der Antarktis zunahm, begann auch die Menschheit, in den Weltraum zu stürmen – und insbesondere zum Mond. Ab den 1960er Jahren begannen Wissenschaftler, die für Organisationen wie die NASA arbeiteten, an die feindliche, extreme und fremde Antarktis als geeignetes Gegenstück zur Weltraumforschung zu denken, in der Nationen Weltraumtechnologien und -protokolle, einschließlich der Pflanzenproduktion, testen könnten. Dieses Interesse hielt bis zum Ende des 20. Jahrhunderts an, aber der Weltraum wurde erst in den 2000er Jahren zu einem Hauptziel einiger landwirtschaftlicher Forschungen in der Antarktis.

Im Jahr 2004 haben die National Science Foundation und das Center for Agriculture in a Controlled Environment an der University of Arizona zusammengearbeitet, um die Antarctic Food Growth Chamber zu bauen. Das Projekt soll die Idee der Landwirtschaft in kontrollierter Umgebung testen – eine Möglichkeit, das Pflanzenwachstum zu maximieren und gleichzeitig den Ressourcenverbrauch zu minimieren. Laut den Architekten ahmt die Anlage die Bedingungen einer Mondbasis genau nach und lieferte „ein Analogon auf der Erde für einige der Probleme, die auftreten werden, wenn die Nahrungsmittelproduktion in Lebensräume im Weltraum verlagert wird“. Diese Einrichtung versorgt die Antarktisstation weiterhin mit ergänzenden Nahrungsmitteln.

Seit dem Bau der Antarctic Food Growth Chamber hat sich die University of Arizona mit der NASA zusammengetan, um einen ähnlichen Prototyp für das Mondgewächshaus zu bauen.

EDEN ISS ist das neueste Experiment, das eine Lebensmittelproduktionsanlage auf dem Mond nachahmen soll und eine sechsköpfige Besatzung erfolgreich ernähren kann.

DLR

Als die Menschen Ende des 20. Jahrhunderts begannen, mehr Zeit im Weltraum zu verbringen, begannen die Astronauten, auf Lehren aus einem Jahrhundert des Pflanzenanbaus in der Antarktis zurückzugreifen.

Im Jahr 2014 installierten NASA-Astronauten ein Gemüseproduktionssystem an Bord der Internationalen Raumstation, um das Pflanzenwachstum in der Mikrogravitation zu untersuchen. Im folgenden Jahr ernteten sie eine kleine Salaternte und aßen etwas davon mit Balsamico-Essig. So wie Antarktiswissenschaftler seit vielen Jahren argumentieren, hat die NASA behauptet, dass der ernährungsphysiologische und psychologische Wert frischer Produkte eine „Lösung für die Herausforderung von Langzeitmissionen im Weltraum“ ist.

Bis heute spielt die Antarktisforschung eine wichtige Rolle für die Raumfahrt. Im Jahr 2018 startete Deutschland in der Antarktis ein Projekt namens EDEN ISS, das sich auf Techniken zum Anbau von Pflanzen und deren Anwendungen im Weltraum in einem halbgeschlossenen System konzentriert. Wachsen Sie Pflanzen in der Luft, während ein Sprühgerät chemisch angereichertes Wasser auf ihre Wurzeln sprüht. Im ersten Jahr konnte EDEN ISS genug frisches Gemüse produzieren, um ein Drittel der Ernährung einer sechsköpfigen Besatzung zu decken.

Wie in der Geschichte der Antarktis steht die Frage, wie Pflanzen gezüchtet wurden, im Mittelpunkt jeder Diskussion über mögliche menschliche Siedlungen auf dem Mond oder dem Mars. Die Menschen gaben schließlich ihre Bemühungen auf, die rauen antarktischen Landschaften für die Produktion von Nahrungsmitteln zu kultivieren, und wandten sich dafür künstlichen Technologien und Umgebungen zu. Aber nach mehr als einem Jahrhundert der Praxis und dem Einsatz modernster Technologie konnten in der Antarktis angebaute Lebensmittel nicht mehr lange so viele Menschen ernähren. Bevor Menschen zum Mond oder Mars geschickt werden, wäre es ratsam, zunächst festzustellen, dass eine Siedlung inmitten der kalten südlichen Ebenen der Erde alleine überleben könnte.

Daniela McKay ist Assistenzprofessorin für Geschichte an der Texas Tech University.

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