Dodano: 13 maja 2022r.

Naukowcy wyhodowali rośliny w glebie z Księżyca

Naukowcom udało się wyhodować w glebie przywiezionej z Księżyca kilka rzodkiewników pospolitych. To pierwszy raz, kiedy księżycowy regolit został z powodzeniem wykorzystany do uprawy roślin. Tego typu badania mogą być wykorzystane przez przyszłe pokolenia w eksploracji Księżyca i innych części kosmosu.

Naukowcy wyhodowali rośliny w glebie z Księżyca

 

W ramach programu Apollo astronauci przywieźli na Ziemię z powierzchni Księżyca próbki materiału, znanego jako regolit. Masa księżycowych skał i pyłu wyniosła łącznie kilkadziesiąt kilogramów. Wszystko po to, by badać je w laboratoriach za pomocą najnowocześniejszego sprzętu. 50 lat później część przywiezionego ze Srebrnego Globu regolitu została wykorzystana w eksperymencie mającym na celu sprawdzenie, czy w księżycowym regolicie da się uprawiać rośliny, a jeśli tak, to w jaki sposób zareagują na nieznane środowisko. Eksperyment przebiegł pomyślnie. Po raz pierwszy w ubogiej w składniki odżywcze księżycowej glebie naukowcy wyhodowali kilka rzodkiewników pospolitych (Arabidopsis thaliana).

W nowej publikacji, która ukazała się na łamach pisma „Communications Biology” (DOI: 10.1038/s42003-022-03334-8) naukowcy z University of Florida wykazali, że rośliny mogą z powodzeniem kiełkować i rosnąć w księżycowej glebie. W ramach badań sprawdzono również, w jaki sposób rośliny reagują na regolit, który radykalnie różni się od gleby występującej na Ziemi.

Eksperymenty z regolitem

Badania te są ważne dla programów potencjalnej kolonizacji Księżyca i innych obiektów w przestrzeni kosmicznej. Dowodzą, że w księżycowym regolicie, a może i w glebie znajdującej się na innych obiektach, można uprawiać rośliny na cele żywieniowe oraz, by pozyskać tlen, co w przypadku dalekich, załogowych misji kosmicznych będzie miało duże znaczenie. Badania te pojawiają się w momencie planowanego powrotu ludzi na Księżyc w ramach programu Artemis.

- Artemis będzie wymagała lepszego zrozumienia, jak uprawiać rośliny w kosmosie – powiedział Rob Ferl z Instytutu Nauk o Żywności i Rolnictwie na University of Florida, jeden z autorów badania. - W przyszłych, dłuższych misjach kosmicznych możemy użyć Księżyca jako bazy. Oczywistym jest, że do uprawy roślin chcielibyśmy wykorzystać glebę, która już się tam znajduje. Dlatego musieliśmy ustalić, co się dzieje podczas uprawiania roślin w glebie z Księżyca? Czy jest coś, co jest całkowicie poza ewolucyjnym doświadczeniem rośliny? Jak zachowałyby się rośliny w księżycowej szklarni? Czy moglibyśmy mieć w przyszłości księżycowe rolnictwo? - dodał.

By odpowiedzieć na te pytania, Ferl wraz z Anną-Lisą Paul zaprojektowali bardzo prosty eksperyment: posadzić nasiona w księżycowej glebie, dodać wodę, składniki odżywcze i światło i zanotować wyniki.

Księżycowy ogród

Jednak naukowcy mieli do dyspozycji jedynie 12 gramów regolitu. To tylko kilka łyżeczek księżycowej gleby, z którą mogli przeprowadzić eksperyment. Ale nie mieli innego wyjścia. Po 11 latach starań i wniosków o szansę pracy z księżycowym regolitem musieli zadowolić się tym, co dostali.

Wypożyczona z NASA gleba została zebrana podczas misji Apollo 11, 12 i 17. Niewielka jej ilość, nie wspominając o jej ogromnym znaczeniu historycznym i naukowym, sprawiła, że ​​Paul i Ferl musieli ograniczyć swój eksperyment.

Badacze napełnili każdą z malutkich doniczek wielkości naparstka około gramem regolitu, a następnie zwilżyli ją roztworem odżywczym i dodali kilka nasion rzodkiewnika. Roślina ta jest szeroko stosowana w nauce jako organizm modelowy. Jest wytrzymała i może być uprawiana w trudnych warunkach.

Rzodkiewnik pospolity

Uprawa rzodkiewników w księżycowym regolicie umożliwiła naukowcom lepszy wgląd w to, jak gleba wpływa na rośliny, aż do poziomu ekspresji genów.

W eksperymentach rolę grupy kontrolnej odgrywały również rzodkiewniki, ale posadzone w JSC-1A, opracowanej w laboratorium glebie, która naśladuje księżycowy regolit, a także symuluje gleby marsjańskie i gleby lądowe z ekstremalnych środowisk.

Przed posadzeniem roślin naukowcy nie byli pewni, czy nasiona zasiane w regolicie wykiełkują. Ale niemal wszystkie wykiełkowały. - Byliśmy zdumieni. Nie przewidzieliśmy tego. To powiedziało nam, że gleby księżycowe nie zakłócają hormonów i sygnałów związanych z kiełkowaniem roślin – powiedziała Paul.

Jednak z biegiem czasu naukowcy zaobserwowali różnice między roślinami wyhodowanymi w glebie księżycowej a grupą kontrolną. Przede wszystkim rośliny uprawiane w regolicie były mniejsze, rosły wolniej, miały mniejsze korzenie i przebarwione liście. Ale rosły.

Stresujące środowisko

Jak twierdzą badacze, problemy roślin zasianych w regolicie wynikały z tego, że te pracowały, aby poradzić sobie z chemicznym i strukturalnym składem księżycowej gleby. Zostało to dodatkowo potwierdzone, gdy naukowcy przeanalizowali wzorce ekspresji genów roślin.

- Na poziomie genetycznym rośliny korzystały z narzędzi zwykle używanych do radzenia sobie ze stresorami, takimi jak sól i metale lub stres oksydacyjny, więc możemy wnioskować, że rośliny postrzegają środowisko gleby księżycowej jako stresujące – powiedziała Paul. - Ostatecznie chcielibyśmy wykorzystać dane dotyczące ekspresji genów, aby pomóc 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 rozwój - dodała.

Ale to, w jaki sposób rośliny reagują na glebę księżycową, może być powiązane z miejscem, w którym gleba została zebrana. Na przykład rośliny z największymi oznakami stresu to rośliny uprawiane w tym, co geolodzy nazywają dojrzałą glebą księżycową. Te gleby są narażone bardziej na promieniowanie kosmiczne i wiatr słoneczny, które zmienia ich skład. Rośliny lepiej radziły sobie na glebach stosunkowo mniej dojrzałych.

Uprawa roślin na glebach księżycowych może również zmienić samą glebę. - 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? - te pytania zadał Stephenem Elardo, adiunkt geologii na University of Florida.

Dalsze badania będą po części opierać się właśnie na tych pytaniach. 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 – dodał.

 

Źródło: University of Florida, fot. UF/IFAS photo by Tyler Jones