우주로의 짧은 여행을 위해 씨앗을 보내는 것은 과학자들이 변화하는 기후에서 번성하고 세계의 증가하는 인구를 먹일 수 있는 새로운 작물 품종을 개발하는 데 도움이 됩니다. 언뜻 보기에 그들은 전 세계의 바람에 흔들리는 다른 밀 이삭과 동일합니다. 그러나 중국 북동부의 광대한 농작물은 평범한 식물이 아닙니다. 그것들은 우주 공간에서 만들어졌습니다.
그들은 Luyuan 502로 알려진 품종이며 중국에서 두 번째로 널리 재배되는 밀 입니다. 식물은 지구 표면 위 200마일(340km)의 궤도로 날아간 씨앗에서 자란 것입니다. 여기에서 독특한 저중력 환경과 우리 행성의 보호용 자기 보호막 외부에서 DNA의 미묘한 변화를 포착하여 가뭄에 더 잘 견디고 특정 질병에 더 잘 저항할 수 있는 새로운 특성을 부여했습니다.
그것들은 우리 행성을 공전하는 동안 우주선과 우주 정거장에서 재배되고 있는 점점 더 많은 수의 중요한 식량 작물의 새로운 품종의 예입니다. 여기에서 그들은 미세 중력에 영향을 받고 우주선에 의해 충격을 받아 식물이 돌연변이를 일으키게 됩니다. 이 과정을 우주 돌연변이 유발이라고 합니다.
돌연변이 중 일부는 식물이 자랄 수 없도록 하는 반면, 다른 돌연변이는 유리할 수 있습니다. 일부는 더 단단해지고 더 극한의 성장 조건을 견딜 수 있는 반면, 다른 일부는 단일 식물에서 더 많은 양을 생산하거나 더 빨리 자라거나 더 적은 물을 필요로 합니다. 지구로 돌아오면 이 우주에서 자란 식물의 씨앗은 인기 있는 작물의 실행 가능한 버전을 만들기 위해 신중한 선별과 추가 번식을 거칩니다.
기후 변화와 취약한 공급망으로 인해 농업에 대한 압박이 증가하고 있는 세계에서 작물을 먹을 수 있는 곳 가까이에서 재배해야 할 필요성이 강조되면서 일부 연구자들은 이제 우주 돌연변이 유발이라고도 알려진 우주 번식이 이 새로운 도전 에 작물 을 적응 시키도록 도와 주십시오 .
"우주 돌연변이 유발은 아름다운 돌연변이를 만듭니다." 중국의 선도적인 우주 돌연변이 유발 전문가이자 베이징에 있는 중국 농업 과학 아카데미의 작물 개선을 위한 국립 우주 돌연변이 유발 센터 소장인 Liu Luxiang은 말합니다.
예를 들어 Luyuan 502는 중국에서 재배되는 표준 밀 품종보다 11% 더 높은 수확량, 가뭄에 대한 더 나은 내성 및 가장 흔한 밀 해충에 대한 더 강한 회복력을 가지고 있다고 국제원자력기구(International Atomic Energy Agency )에 따르면, 새로운 작물 유형 생성을 위한 조사 기반 기술의 사용.
"[Luyuan 502]는 진정한 성공 사례입니다."라고 Liu는 말합니다. "매우 높은 수확량 잠재력과 적응력을 가지고 있습니다. 다양한 조건의 다양한 지역에서 재배할 수 있습니다."
이러한 적응력 덕분에 Luyuan 502는 중국의 매우 다양한 농업 경관과 다양한 기후의 농부들에게 큰 인기를 얻었습니다.
Liu에 따르면 지난 30년 동안 중국에서 만들어진 200가지 이상의 우주 돌연변이 작물 품종 중 하나일 뿐입니다 . 밀 외에도 중국 과학자들은 우주에서 자란 쌀, 옥수수, 대두, 자주개자리, 참깨, 목화, 수박, 토마토, 달콤한 고추 및 기타 유형의 야채를 생산했습니다.
중국은 1987년부터 우주 돌연변이 유발을 실험 해 왔으며 이 기법을 지속적으로 사용하는 세계 유일의 국가입니다. 그 이후로 그것은 작물 종자를 궤도로 운반하기 위해 수십 번의 임무를 수행했습니다. 중국 과학자들은 1990년에 최초의 우주 교배 작물인 Yujiao 1 이라는 달콤한 고추를 출시 했습니다. Yujiao 1은 중국에서 재배되는 기존의 달콤한 고추 품종에 비해 훨씬 더 큰 과일을 생산하고 질병에 더 강하다고 Liu는 말합니다.
최근 수십 년 동안 세계 우주 강국으로 부상한 중국은 수천 개의 씨앗을 궤도로 보낼 수 있게 되었습니다. 2006년에 중국 은 위성 Shijian 8 에 250kg(551lbs) 이상의 가치와 152종의 미생물을 실은 역사상 가장 큰 배치를 궤도에 올렸습니다 . 올해 5월 에는 여러 종류의 풀, 귀리, 자주개자리를 포함한 12,000개의 종자 가 실렸습니다. 유인선 Shenzhou 13 임무의 일환으로 중국의 Tianhe 우주 정거장을 6개월 동안 방문하고 돌아온 곰팡이.
중국은 2020년 11월 달 표면에 착륙선을 착륙시킨 Chang'e-5 미션과 함께 달 왕복을 위해 쌀 종자 한 묶음을 보내기까지 했습니다. 중국 뉴스 보도 에 따르면 이 달 쌀 종자는 성공적으로 곡물을 생산했습니다 . 지구로 돌아온 후 실험실에서.
"우리는 중국의 강력한 우주 프로그램의 혜택을 받고 있습니다."라고 Liu는 말합니다. "우리는 복구 가능한 위성, 고고도 플랫폼뿐만 아니라 유인 우주선을 사용하여 1년에 최대 2번까지 우리의 씨앗을 우주로 보내고 작물 개선을 위해 우주 유틸리티를 사용할 수 있습니다."
씨앗은 단 4일에서 몇 달 동안 지속되는 여행으로 보내집니다. 이 특이한 환경에서 씨앗과 식물에 많은 변화가 일어날 수 있습니다. 첫째, 고에너지 태양광 및 우주 방사선은 종자 자체의 유전 물질을 손상시켜 돌연변이 또는 염색체 이상을 유발하여 미래 세대에 전달할 수 있습니다. 저중력 환경은 다른 변화를 일으킬 수도 있습니다. 미세 중력 속에서 발아 및 성장하는 식물은 세포 자체의 형태와 구조 조직의 변화를 보여줍니다 .
대부분의 경우 중국 과학자들은 씨앗을 우주로 날려 보낸 다음 지구로 돌아오면 땅에 다시 발아시킵니다. 그런 다음 묘목에서 보다 전통적인 작물 품종에 비해 이점을 제공하는 유용한 특성을 선별합니다. 과학자들은 더 큰 과일, 더 낮은 관수 요구량, 더 나은 영양 프로필, 고온 및 저온에 대한 저항성 또는 질병에 대한 회복력으로 이어지는 변화를 찾고 있습니다. 어떤 경우에는 희귀 돌연변이가 작물 수확량 또는 회복력의 돌파구로 이어질 수 있습니다.
지구에서 우리는 지구의 자기장과 두꺼운 대기에 의해 고에너지 광선으로부터 보호되지만, 궤도에서 우주선과 위성은 이 복사에 지속적으로 노출됩니다
가장 유망한 식물은 연구자들이 농부의 요구를 해결할 수 있는 상당히 개선된 변종에 도달할 때까지 더 많이 자랍니다.
그러나 중국은 현재 우주 돌연변이 유발의 선두 주자이지만 우주 육종을 실험한 최초의 국가는 아닙니다. 이 기술 은 소련 위성 코스모스 782를 타고 궤도에 진입한 당근 세포 를 사용하여 미국과 소련 과학자들이 수행한 일부 초기 실험으로 거슬러 올라갑니다 .
접근 방식은 1920년대 후반부터 존재해 온 핵 돌연변이 유발 과 동일한 원칙에 의존합니다 . 핵 돌연변이 유발은 살아있는 유기체를 방사선에 노출시켜 DNA에서 자연적으로 발생하는 돌연변이 과정을 가속화합니다.
그러나 핵 돌연변이 유발은 감마선, X선 및 지상파 소스의 이온 빔을 사용하는 반면, 우주 돌연변이 유발은 우리 행성 주변의 공간을 뒤덮는 우주선의 충격에 의존합니다. 지구에서 우리는 지구의 자기장과 두꺼운 대기에 의해 고에너지 광선으로부터 보호되지만 궤도에서 우주선과 위성은 대부분 태양에서 오는 이 복사에 지속적으로 노출됩니다.
국제원자력기구(IAEA)와 식품농업(Food and Agriculture)의 식물육종 및 유전학 공동 그룹을 이끄는 쇼바 시바산카르(Shoba Sivasankar)에 따르면 우주 및 핵 돌연변이 유발은 모두 새로운 작물 품종의 개발 시간을 최대 절반으로 줄이는 데 도움이 될 수 있다고 합니다. 유엔기구(FAO).
오스트리아 비엔나에서 남동쪽으로 35km 떨어진 자이버스도르프에 있는 IAEA의 핵 연구소는 핵 돌연변이 유발을 위한 글로벌 허브이자 훈련 센터입니다. 자체 핵 시설을 보유하지 않은 협력 국가는 방사선 조사를 위해 종자, 식물 절단 또는 묘목을 Sivasankar 팀에 보냅니다.
Sivasankar는 "씨앗을 조사하는 데 몇 분 밖에 걸리지 않지만 충분한 지식과 전문 지식이 필요합니다. "모든 품종은 내성이 다릅니다. 씨앗에 너무 많은 양을 주면 조사기 안에 너무 오래 보관하면 파괴됩니다. 발아되지 않습니다. 충분한 방사선을 가하지 않으면 t는 충분한 돌연변이를 생성하고 이전 세대와 똑같이 보이는 세대로 끝납니다."
식물 육종 및 유전학 그룹이 속한 FAO/IAEA 식품 및 농업 핵 응용 분야 합동 부서는 1964년에 설립되었습니다. 1920년대 후반에 X선을 사용하여 밀, 미로, 쌀에서 돌연변이를 유도하는 실험 , 귀리와 보리는 전 세계 식물학자들의 관심을 불러일으켰습니다. 1950년대까지 대부분의 선진국들은 X선뿐만 아니라 자외선과 감마선으로 실험하는 핵 육종 프로그램을 가지고 있었습니다.
Sivasankar는 "당시 유럽과 북미에서 많은 노력을 기울였습니다. "핵 돌연변이의 도움으로 만들어진 많은 새로운 품종이 출시되었습니다. 그러나 지난 2~30년 동안 이들 국가 중 많은 국가가 기술을 포기했습니다. 특히 미국은 외래 DNA 조각을 유전자에 삽입할 수 있는 형질전환 기술로 눈을 돌렸습니다. 실험실에 있는 식물의 게놈."
그러나 핵 돌연변이 유발은 사라지지 않았습니다. 아시아 태평양 지역 국가들은 점점 더 자신감이 붙는 중국을 중심으로 모멘텀을 유지했습니다. 그들은 현재 3,300개의 새로 개발된 작물 품종을 포함 하는 IAEA의 돌연변이 작물 품종 데이터베이스를 계속 채우고 있습니다.
Sivasankar는 일부 가난한 아시아 국가의 경우 높은 비용의 형질전환 기술이 핵 돌연변이 유발을 고수하는 주요 동기일 수 있지만 대부분 서구에서 포기한 기술을 계속 사용해야 하는 보다 실질적인 이유가 있다고 말합니다.
"예를 들어, 미국 산업 농업 부문은 곤충 및 제초제 저항성과 같은 소수의 특성을 우선시합니다."라고 Sivasankar는 말합니다. "트랜스제닉 기술은 이를 위해 아주 잘 작동합니다. 그러나 아시아 국가에서는 상황이 매우 다릅니다."
아시아 육종가들은 매우 다양한 환경에서 일하는 많은 소규모 농부들을 위해 종자를 생산합니다. 한두 가지 특성을 수정하는 것만으로는 충분하지 않습니다.
Sivasankar는 "더 복잡한 특성이 필요하며 그 중 많은 특성이 더위 및 가뭄 저항성 또는 영양이 부족하거나 염분 토양에서 자라는 능력과 같은 기후 상황과 관련이 있습니다."라고 말합니다. "제 생각에 그것은 형질전환 기술로는 달성할 수 없습니다."
Liu와 그의 팀에 따르면 2050년까지 지구에 살 것으로 예상되는 20억 명의 추가 인구를 먹여살리려면 세계는 필수 곡물 생산량을 70% 증가시켜야 합니다.
중국은 농업 작물의 유전자 풀을 개선하려는 노력이 필요하다고 생각합니다. Liu와 그의 팀에 따르면 2050년까지 지구에 살 것으로 예상되는 20억 명의 추가 인구를 먹여살리려면 필수 곡물 생산량을 70%까지 늘려야 합니다 . 아시아 태평양 지역의 인구 증가는 현재 식량 부족으로 고통받을 위험이 가장 높다고 그들은 말합니다.
IAEA에 따르면 핵 및 우주 돌연변이 유발을 통해 중국에서만 800종 이상의 새로운 품종 을 개발 및 도입 하여 원래 작물에 비해 모든 주요 특성이 개선되었습니다.
그러나 한 가지 질문이 남아 있습니다. 지상의 연구실에서 종자를 우주로 보내는 것의 이점은 무엇입니까?
Liu는 씨앗을 우주로 보내는 것이 지상의 방사선 조사기에 씨앗을 꽂는 것보다 더 많은 비용이 든다는 것을 인정합니다. 그럼에도 불구하고 우주 여행은 분명한 이점을 제공하고 종종 더 흥미로운 결과를 낳는 것 같습니다.
"우리는 실제로 감마선보다 우주 돌연변이 유발에서 유용한 돌연변이의 빈도가 더 높습니다."라고 Liu는 말합니다. "우주에서 방사선 강도는 상당히 낮지만 씨앗은 훨씬 더 오랜 기간에 걸쳐 방사선에 노출됩니다. 우리가 입자의 선형 에너지 전달이라고 부르는 것과 전반적인 생물학적 효과는 우주에서 더 높고 훨씬 더 많습니다. 실험실에서 조사한 종자에 비해 종자 손상률이 낮습니다."
조사기에서 씨앗 은 몇 초 동안 50-400 그레이 의 많은 양의 이온화를 받습니다 . 반면에 일주일간의 우주여행을 하는 씨앗은 겨우 2밀리그레이에 노출됩니다. 결과적으로 최대 50%의 종자가 거친 지상 기반 처리에서 살아남지 못하는 반면 우주로 날아간 거의 모든 종자는 일반적으로 발아한다고 그는 덧붙입니다.
Liu는 "이 모든 기술은 매우 유용하며 매우 실제적인 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다."라고 말합니다. "우주로 씨앗을 날릴 기회가 너무 적습니다. 그것에만 의존할 수는 없습니다."
이제 우주에서 식량을 재배하는 데 세계 다른 지역에서 새로운 관심이 생긴 것 같습니다. 2020년 11월, 미국 상업 우주 서비스 회사인 NanoRacks 는 궤도 온실 운영 계획을 발표했습니다 . 그들의 목표는? 악화되는 기후 변화에 직면해 있는 세계를 먹여 살리는 데 더 적합한 새로운 작물 품종을 개발합니다.
이 노력을 위해 국제 우주 정거장에서 소형 인공위성을 파견하는 것으로 알려진 회사 는 자체 경작지 가 거의 없는 아랍 에미레이트 연방과 협력하여 필요한 식량의 상당 부분을 수입해야 합니다.
그러나 모든 씨앗이 갓 태어난 슈퍼 식물로 우주에서 돌아오는 것은 아닙니다. 2020년 유럽 과학자들이 국제 우주 정거장으로 보낸 상추 씨앗 한 묶음은 지상에 머물렀던 식물과 비교할 때 지구 로 돌아온 후 더 느리게 성장했습니다 .
우주에서 식량을 재배하는 것에 대해 현재 수행되고 있는 연구의 대부분은 우주 비행사가 임무를 수행하는 동안 스스로 먹을 수 있도록 돕는 것을 목표로 합니다. 예를 들어, ISS의 우주비행사들은 2015년부터 로메인 상추를 수확하여 먹어 왔으며 2020년에 발표된 연구에 따르면 먹기에 안전하며 장거리 임무에서 귀중한 영양소를 제공할 수 있습니다 .
그러나 전 세계의 우주 기관이 인간을 달로 돌려보내고 화성과 같은 다른 행성을 방문하는 것을 목표로 하고 있기 때문에 우주 비행사를 위한 식량 재배가 매우 귀중함을 증명할 수 있지만, 우주 식량은 아마도 여기 지구에 남아 있는 우리들에게 훨씬 더 유용할 것입니다.
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