Naukowcy wyhodowali rośliny w glebie z Księżyca, po raz pierwszy w historii ludzkości i kamień milowy w eksploracji Księżyca i kosmosu.
W nowym artykule opublikowanym w czasopiśmie Communications Biology naukowcy z University of Florida wykazali, że rośliny mogą z powodzeniem kiełkować i rosnąć w glebie księżycowej. W ramach prowadzonych przez nich badań zbadano również, w jaki sposób rośliny reagują biologicznie na glebę Księżyca, znaną również jako regolit księżycowy, która radykalnie różni się od gleby występującej na Ziemi.
Ta praca jest pierwszym krokiem w kierunku pewnego dnia uprawy roślin na pożywienie i tlen na Księżycu lub podczas misji kosmicznych. Bardziej bezpośrednio, te badania pojawiają się, gdy Program Artemis planuje powrót ludzi na Księżyc.
„Artemida będzie wymagała lepszego zrozumienia, jak uprawiać rośliny w kosmosie” – powiedział Rob Ferl, jeden z autorów badania i wybitny profesor nauk ogrodniczych w Instytucie Nauk o Żywności i Rolnictwie (UF/IFAS) UF.
Nawet we wczesnych dniach eksploracji Księżyca rośliny odgrywały ważną rolę, powiedziała Anna-Lisa Paul, również jedna z autorek badania i profesor nauk ogrodniczych w UF/IFAS.
„Rośliny pomogły ustalić, że próbki gleby przywiezione z Księżyca nie zawierały patogenów ani innych nieznanych składników, które mogłyby zaszkodzić życiu naziemnemu, ale rośliny te zostały jedynie oprószone księżycowym regolitem i nigdy w nim nie były uprawiane” – powiedział Paul.
Paul i Ferl są uznanymi na arenie międzynarodowej ekspertami w dziedzinie badań roślin w kosmosie. Za pośrednictwem UF Space Plants Lab wysłali eksperymenty na promach kosmicznych, na Międzynarodową Stację Kosmiczną i na loty suborbitalne.
„W przyszłych, dłuższych misjach kosmicznych możemy użyć Księżyca jako centrum lub wyrzutni. Sensowne jest, że chcielibyśmy wykorzystać glebę, która już tam jest, do uprawy roślin” – powiedział Ferl. „Więc co się dzieje, gdy hodujesz rośliny w glebie księżycowej, coś, co jest całkowicie poza ewolucyjnym doświadczeniem rośliny? Co rośliny zrobiłyby w szklarni księżycowej? Czy moglibyśmy mieć księżycowych rolników?”
Aby zacząć odpowiadać na te pytania, Ferl i Paul zaprojektowali zwodniczo prosty eksperyment: posadź nasiona w księżycowej glebie, dodaj wodę, składniki odżywcze i światło i zanotuj wyniki.
Komplikacja: naukowcy mieli tylko 12 gramów – tylko kilka łyżeczek – księżycowej gleby, z którą mogli przeprowadzić ten eksperyment. Wypożyczona z NASA gleba została zebrana podczas misji Apollo 11, 12 i 17 na Księżyc. Paul i Ferl ubiegali się trzy razy w ciągu 11 lat o szansę pracy z księżycowym regolitem.
Niewielka ilość gleby, nie wspominając o jej nieobliczalnym znaczeniu historycznym i naukowym, sprawiła, że Paul i Ferl musieli zaprojektować eksperyment na małą skalę, starannie ułożony choreograficznie. Aby wyhodować swój mały księżycowy ogród, naukowcy wykorzystali studzienki wielkości naparstka w plastikowych płytkach zwykle używanych do hodowli komórek. Każda studnia pełniła funkcję doniczki. Po napełnieniu każdej „doniczki” około gramem ziemi księżycowej, naukowcy zwilżyli ją roztworem odżywczym i dodali kilka nasion rośliny Arabidopsis.
Arabidopsis jest szeroko stosowany w naukach o roślinach, ponieważ jego kod genetyczny został w pełni zmapowany. Uprawa Arabidopsis w glebie księżycowej umożliwiła naukowcom lepszy wgląd w to, jak gleba wpływa na rośliny, aż do poziomu ekspresji genów.
Dla porównania naukowcy posadzili Arabidopsis w JSC-1A, substancji lądowej, która naśladuje prawdziwą glebę księżycową, a także symuluje gleby marsjańskie i gleby lądowe z ekstremalnych środowisk. Grupę kontrolną eksperymentu stanowiły rośliny wyrosłe na tych glebach nieksiężycowych.
Przed eksperymentem naukowcy nie byli pewni, czy nasiona zasiane w glebie księżycowej wykiełkują. Ale prawie wszyscy to zrobili.
„Byliśmy zdumieni. Tego nie przewidzieliśmy” – powiedział Paul. „To powiedziało nam, że gleby księżycowe nie zakłócają hormonów i sygnałów związanych z kiełkowaniem roślin”.
Jednak z biegiem czasu naukowcy zaobserwowali różnice między roślinami wyhodowanymi w glebie księżycowej a grupą kontrolną. Na przykład niektóre rośliny uprawiane na glebach księżycowych były mniejsze, rosły wolniej lub były bardziej zróżnicowane pod względem wielkości niż ich odpowiedniki.
To wszystko były fizyczne oznaki, że rośliny pracowały, aby poradzić sobie z chemicznym i strukturalnym składem księżycowej gleby, wyjaśnił Paul. Zostało to dodatkowo potwierdzone, gdy naukowcy przeanalizowali wzorce ekspresji genów roślin.
„Na poziomie genetycznym rośliny wyciągały narzędzia zwykle używane do radzenia sobie ze stresorami, takimi jak sól i metale lub stres oksydacyjny, więc możemy wnioskować, że rośliny postrzegają środowisko gleby księżycowej jako stresujące” – powiedział Paul. „Ostatecznie chcielibyśmy wykorzystać dane dotyczące ekspresji genów, aby pomóc nam złagodzić reakcje na stres do poziomu, w którym rośliny – zwłaszcza rośliny uprawne – są w stanie rosnąć w glebie księżycowej z bardzo niewielkim wpływem na ich zdrowie”.
To, w jaki sposób rośliny reagują na glebę księżycową, może być powiązane z miejscem, w którym gleba została zebrana, powiedzieli Ferl i Paul, którzy współpracowali przy badaniu ze Stephenem Elardo, adiunktem geologii na UF.
Na przykład naukowcy odkryli, że rośliny z największymi oznakami stresu to rośliny uprawiane w tym, co geolodzy księżycowi nazywają dojrzałą glebą księżycową. Te dojrzałe gleby są narażone na bardziej kosmiczny wiatr, który zmienia ich skład. Z drugiej strony lepiej radziły sobie rośliny uprawiane na glebach stosunkowo mniej dojrzałych.
Uprawa roślin na glebach księżycowych może również zmienić samą glebę, powiedział Elardo.
„Księżyc jest bardzo, bardzo suchym miejscem. Jak minerały w księżycowej glebie zareagują na wyhodowanie w nich roślin z dodatkiem wody i składników odżywczych? Czy dodanie wody sprawi, że mineralogia stanie się bardziej gościnna dla roślin?” powiedział Elardo.
Dalsze badania będą opierać się na tych pytaniach i nie tylko. Na razie naukowcy świętują podjęcie pierwszych kroków w kierunku uprawy roślin na Księżycu.
„Chcieliśmy przeprowadzić ten eksperyment, ponieważ przez lata zadawaliśmy sobie to pytanie: czy rośliny rosłyby w księżycowej glebie” – powiedział Ferl. „Okazuje się, że odpowiedź brzmi: tak”.
Wideo: https://youtu.be/sHrUw1sBm1U