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Aquakultur außerhalb der Atmosphäre

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Cyrille Przybyla, der Wissenschaftler, der das Lunar Hatch Programm leitet, erzählt The Fish Site, wie er ab 2021 Astronauten bei der Fischzucht im Weltraum unterstützen will.

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Unter der Leitung des französischen Instituts für Meeresforschung und -erkundung (IFREMER) und des Raumfahrtzentrums der Universität Montpellier (CSUM) soll Lunar Hatch die Selbstversorgung der zukünftigen Gemeinschaften auf Mond und Mars verbessern. Die Forscher wollen befruchtete Fischeier in Nanosatelliten in den Weltraum schicken, dann zum Mond selbst. In der Zwischenzeit müssen sie jedoch die richtigen Kandidatenarten auswählen und ihre Eignung sowohl für die Anforderungen der Raumfahrt als auch für ihre Fähigkeit, in künstlichen Umgebungen auf anderen Welten zu gedeihen, testen.

Warum sollte es wichtig sein, frische Produkte im Weltraum zu essen?

Während wir derzeit darüber nachdenken, Männer und Frauen zum Leben auf den Mond oder sogar auf den Mars zu schicken, ist die Ernährung dieser neuen Weltraumpioniere ein wichtiger Schlüssel zum Erfolg solcher Missionen.

Auf lange Sicht wäre es nicht nachhaltig, nur lyophilisierte [gefriergetrocknete] Produkte auf einer Mond- oder Marsbasis zu essen, und mit der Zeit verlieren die Produkte die Vitamine C, B12 und K.

Warum wurden Sie für die Leitung des Projekts ausgewählt?

Aufgrund meiner Forschung zur Entwicklung von Aquakulturarten in geschlossenen Systemen, der Wiederverwertung von Abwässern mit Mikroalgen und der Nutzung neuer Quellen von Proteinen und Lipiden in Aquafeeds. Auf der Erde lautet mein Fahrplan "nachhaltige Aquakultur". Wir müssen die Moleküle aus den Abwässern der Aquakultur umwandeln, in der Hoffnung, die biologische Vielfalt der Umwelt zu erhalten. Das Konzept könnte auf dem Mond dasselbe sein, denn alle Moleküle sind kostbar.

Was macht aquatische Organismen geeignet, um in den Weltraum zu senden?

Um eine gesunde, ausgewogene Ernährung zu erhalten, muss der Mensch Lipide zu sich nehmen und seine Ernährung variieren. Wasserorganismen könnten hervorragende Kandidaten für das Überleben in einer so feindlichen Umgebung sein, da sie den Vibrationen während des Starts, der Weltraumstrahlung, der Abwesenheit von Schwerkraft und Atmosphäre und erheblichen Temperaturschwankungen standhalten können.

Sie eignen sich auch deshalb, weil sie ein hervorragendes Futterverwertungsverhältnis (FCR) haben; sie verbrauchen dreimal weniger Sauerstoff als Landtiere und produzieren dreimal weniger Kohlendioxid. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das psychologische Wohlbefinden der Astronauten während langer Weltraummissionen durch die Anwesenheit lebender Tierarten verbessert werden könnte.

Wie sollen die Fische dorthin kommen?

In einem vom CSUM entwickelten Nanosatelliten - 200 befruchtete Fischeier können in einer 1U-Nutzlast enthalten sein.

Welche Hindernisse müssen Sie überwinden?

Derzeit arbeiten wir am Projekt LAUVE (LAUnch Vibration on fish Embryo), bei dem wir mit einem Simulator die Auswirkungen der durch einen Raketenstart verursachten Vibrationen auf befruchtete Eizellen testen. Die Eier werden hinsichtlich der Qualität der Embryonalentwicklung, der Schlupfrate und der Lebensfähigkeit der resultierenden Larven im Vergleich zu einer Kontrollgruppe bewertet.

Erste Ergebnisse mit Seebarsch und Magerfisch in zwei Phasen der Embryonalentwicklung haben gezeigt, dass die Wasserorganismen mit den lebensfeindlichen Startbedingungen zurecht kommen. Dann müssen wir uns mit den Auswirkungen von Strahlung, Temperaturschwankungen und Mikrogravitation auf die Entwicklung der Eier befassen, und diese Bewertungen werden uns helfen, festzustellen, welche Art am besten für eine Reise zum Mond geeignet ist. Wir planen, bis Ende des Jahres auf fünf bis sechs Arten einzugrenzen. Eine der wichtigsten Überlegungen ist, dass sich die befruchteten Eizellen während der drei- bis viertägigen Reise zum Mond selbstständig entwickeln müssen.

Wir müssen auch Arten haben, die mit einer Reihe von Salinitäten zurechtkommen, da wir die Eigenschaften des auf dem Mond verfügbaren Wassers nicht wirklich kennen.

Wie ist der Zeitrahmen des Projekts?

Bis 2021 wollen IFREMER und CSUM einen Nanosatelliten mit befruchteten Fischeiern direkt von der Internationalen Raumstation (ISS) aus starten.

Schließlich arbeitet die Europäische Weltraumbehörde derzeit daran, bis 2030 eine Kolonie, das Monddorf, auf unserem Satelliten zu errichten. Bis dahin wird Lunar Hatch jede Testphase der Mission implementiert haben, und wir hoffen, dass wir bereit sind, den Weltraumpionieren zu einer gesunden, ausgewogenen Ernährung zu verhelfen.

Wurden Fische schon einmal ins All gebracht und wenn ja, wie haben sie sich entwickelt?

Es wurden nur sehr wenige Studien an befruchteten Fischeiern unter Mikrogravitationsbedingungen durchgeführt. Allerdings wurden 1973 von der Skylab 3-Mission 50 befruchtete Eier der Schlammfischchen (Fundulus heteroclitus), eines kleinen Salzwasserfisches, sowie mehrere Jungfische an Bord genommen. Achtundvierzig der Eier hatten bereits in der dritten Woche auf der Raumstation Larven produziert - eine Schlupfrate von 96 Prozent.

1994 wurden im Internationalen Mikrogravitationslaboratorium (IML-2) 43 Eier der Zierfischart Medaka (Oryzias latipes) im Weltraum befruchtet, aus denen acht Jungfische schlüpften. Die ungeschlüpften Eier wurden dann zur Erde zurückgeschickt, und innerhalb von drei Tagen nach der Landung schlüpften weitere 30 Jungfische (Ijiri, 1998).

Im Jahr 2007 hat das Biorisk-Experiment einen Monat lang Rotschwanz-Notho-Eier (Nothobranchius guentheri) an der Außenseite des russischen Segments der Internationalen Raumstation (ISS) ausgesetzt. Diese Art ist ein Zierfisch mit der ungewöhnlichen Eigenschaft, dass er Eier produziert, die unter trockenen Bedingungen bebrütet werden.

Warum sind Fische besser für das Wachstum im Raum geeignet als andere Formen der Tierhaltung?

Teleost-Fische sind sehr alte Tiere und haben sich in den 38 Millionen Jahren, die es sie gibt, wenig verändert, obwohl es in dieser Zeit nicht an Veränderungen der Bedingungen auf der Erde mangelt, und wir vermuten, dass sich Fische auch jenseits der Erde als robust erweisen werden.

Was sind Ihrer Meinung nach die größten Herausforderungen für das Schlüpfen und Wachsen eines Fisches im Weltraum?

Meiner Meinung nach könnte die Exposition gegenüber kosmischer Strahlung während der Reise zum Mond und in der Mondbasis selbst einige physiologische Schäden hervorrufen. Es wurden jedoch bereits Materialien entwickelt, um diese Auswirkungen auf menschliche Zellen und DNA zu verringern, und die Fische dürften von der Verwendung ähnlicher Materialien profitieren. Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung von Wasserorganismen ist, dass das Wasser die Auswirkungen von geladenen Teilchen [das gefährlichste Element der kosmischen Strahlung] mildern kann.

Sie erwähnen, dass die Anwesenheit von Fischen die Moral auf der Raumstation verbessern wird. Könnten die Astronauten abgeneigt sein, sie für Essen zu töten?

Die Aufzucht von Fischen dürfte sich positiv auf die Astronauten auswirken, da sie ihnen eine Verbindung zum Leben auf der Erde sowie eine Nahrungsquelle bietet. Ob sie darum kämpfen werden, sie zu töten, bleibt abzuwarten, aber - so oder so - die Weltraumpsychologen haben Glück, da sie ein interessantes neues Forschungsgebiet haben werden.

Haben Sie kulinarische Tipps für die Astronauten?

Ich hatte letztes Jahr eine sehr interessante Diskussion mit einer Person, die Weltraum-Mahlzeiten für die europäischen Astronauten zubereitet. Ich zeigte ihm einige Bilder von Kandidaten für die Weltraum-Aquakultur und er fragte, welche Haut sich am leichtesten entfernen lässt. Es ist wichtig, die Lebensmittelabfälle zu minimieren, und alle Abfälle müssen wiederverwertet werden können.

Was passiert nach Phase 1?

Die nächste Phase wird sich auf den Einfluss der Strahlung auf die Embryonalentwicklung während des Weltraumfluges konzentrieren. Wir wollen auch daran arbeiten, die Entwicklung der Embryonen zu verlangsamen, um bei Bedarf längere Flüge zu ermöglichen, da ungünstiges Wetter den Start der Raketen verzögern kann und wir nicht wollen, dass die Fische vor Erreichen der Mondbasis schlüpfen.

Ab 2021 sollen die Eier vorrangig in einem CubeSat oder auf der ISS in die Umlaufbahn gebracht werden, um einen weiteren Konzeptnachweis zu erbringen, aber der beste Test wäre es, Teil einer Mondmission zu sein. Ich stehe in Kontakt mit der französischen Raumfahrtbehörde (CNES) und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und wünsche mir eine europäische Beteiligung an diesem innovativen Programm, werde aber auch Pläne anderer Raumfahrtnationen berücksichtigen.

Werden die Astronauten einen Crashkurs in Aquakultur brauchen?

Natürlich muss einer der Besatzung ausgebildet werden, um sich um die Fische zu kümmern - so wie die Astronauten bereits für den Anbau von Tomaten oder Kartoffeln im Weltraum ausgebildet wurden. Raumfahrtbauer zu sein ist bereits eine Karriere!

Wer finanziert Ihre Forschung?

Die französische Raumfahrtbehörde CNES finanziert derzeit eine Studentin im Rahmen des Projekts zur Artenauswahl, während alle Vibrationsexperimente vom IFREMER finanziert werden. Meine Herausforderung besteht nun darin, eine finanzierte Zusammenarbeit zu finden. Aus biologischer Sicht - der Fokus liegt auf der Toleranz der Fischeier gegenüber der Weltraumumgebung - sollte unser Team Ende 2021 bereit sein. Aber die größte Herausforderung ist die Konstruktion eines Tanks, der die Eier im Raum beherbergt.

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