Ученые вырастили растения в почве с Луны, что стало первым в истории человечества событием, ознаменовавшим переломный момент в исследовании Луны и космоса.
В новой исследовательской работе, опубликованной в журнале Communications Biology 12 мая 2022 года, ученые из Университета Флориды показали, что растения могут успешно прорастать и расти в лунной почве. Их исследование также изучало, как растения биологически реагируют на лунную почву, также известную как лунный реголит, которая радикально отличается от типичной почвы, встречающейся на Земле.
Это исследование является первым шагом к выращиванию растений для производства пищи и кислорода на Луне или во время космических миссий в будущем. Более того, это исследование проводится в то время, когда программа Artemis планирует вернуть людей на Луну.
«Artemis потребует лучшего понимания того, как выращивать растения в космосе», — сказал Роб Ферл, один из авторов исследования и выдающийся профессор садоводческих наук в Институте пищевых и сельскохозяйственных наук Флоридского университета (UF/IFAS).
Анна-Лиза Пол, также одна из авторов исследования и профессор-исследователь садоводческих наук в UF/IFAS, отметила, что даже на ранних этапах исследования Луны растения играли важную роль.
«Растения помогли установить, что образцы почвы, привезенные с Луны, не содержали патогенов или других неизвестных компонентов, которые могли бы нанести вред земной жизни, но эти растения были лишь посыпаны лунным реголитом и фактически никогда не выращивались в нем», — сказал Пол.
Пол и Ферл — признанные на международном уровне эксперты в области изучения растений в космосе. С помощью Лаборатории космических растений Университета Флориды они проводили эксперименты на космических челноках, на Международной космической станции и в суборбитальных полетах.
«Для будущих, более длительных космических миссий мы можем использовать Луну в качестве хаба или стартовой площадки. Логично, что мы хотели бы использовать почву, которая уже там есть, для выращивания растений», — сказал Ферл. «Итак, что происходит, когда вы выращиваете растения в лунной почве, что полностью выходит за рамки эволюционного опыта растений? Что растения будут делать в лунной теплице? Можем ли мы иметь лунных фермеров?»
Чтобы ответить на эти вопросы, Ферл и Пол придумали на первый взгляд простой эксперимент: посадили семена в лунную почву, добавили воды, питательных веществ и света и записали результаты.
Сложность: у ученых было всего 12 граммов — всего несколько чайных ложек — лунного грунта для проведения этого эксперимента. Этот грунт был взят взаймы у НАСА во время миссий Аполлона 11, 12 и 17 на Луну. Пол и Ферл трижды в течение 11 лет подавали заявку на возможность поработать с лунным реголитом.
Небольшое количество почвы, не говоря уже о ее неисчислимом историческом и научном значении, означало, что Полу и Ферлу пришлось разработать мелкомасштабный, тщательно срежиссированный эксперимент. Чтобы вырастить свой крошечный лунный сад, исследователи использовали лунки размером с напёрсток в пластиковых пластинах, обычно используемых для культивирования клеток. Каждая лунка функционировала как горшок. После того, как они наполнили каждый «горшок» примерно граммом лунной почвы, ученые увлажнили почву питательным раствором и добавили несколько семян растения Arabidopsis.
Arabidopsis широко используется в науках о растениях, поскольку его генетический код полностью картирован. Выращивание Arabidopsis в лунной почве позволило исследователям лучше понять, как почва влияет на растения, вплоть до уровня экспрессии генов.
Для сравнения исследователи также высаживали Arabidopsis в JSC-1A, земной субстрат, имитирующий настоящую лунную почву, а также в смоделированные марсианские почвы и земные почвы из экстремальных сред. Растения, выращенные в этих нелунных почвах, были контрольной группой эксперимента.
Преодоление трудностей, связанных с лунным грунтом
Перед экспериментом исследователи не были уверены, прорастут ли семена, посаженные в лунную почву. Но почти все проросли.
«Мы были поражены. Мы этого не предсказывали», — сказал Пол. «Это показало нам, что лунные почвы не нарушают гормоны и сигналы, участвующие в прорастании растений».
Однако со временем исследователи заметили различия между растениями, выращенными в лунной почве, и контрольной группой. Например, некоторые растения, выращенные в лунной почве, были меньше, росли медленнее или отличались большим разнообразием размеров, чем их аналоги.
Пол объяснил, что все это были физические признаки того, что растения работали над тем, чтобы справиться с химическим и структурным составом лунного грунта. Это было дополнительно подтверждено, когда исследователи проанализировали паттерны экспрессии генов растений.
«На генетическом уровне растения вытащили инструменты, которые обычно используются для борьбы со стрессорами, такими как соль и металлы или окислительный стресс, поэтому мы можем сделать вывод, что растения воспринимают среду лунного грунта как стрессовую», — сказал Пол. «В конечном итоге мы хотели бы использовать данные по экспрессии генов, чтобы помочь решить, как мы можем улучшить реакцию на стресс до уровня, на котором растения — особенно сельскохозяйственные культуры — смогут расти в лунной почве с очень небольшим воздействием на их здоровье».
Идеи для будущего космического сельского хозяйства
По словам Ферла и Пола, которые работали над исследованием совместно со Стивеном Элардо, доцентом кафедры геологии в Университете Флориды, реакция растений на лунную почву может быть связана с местом ее сбора.
Например, исследователи обнаружили, что растения с наибольшими признаками стресса были выращены в том, что лунные геологи называют зрелой лунной почвой. Эти зрелые почвы подвергаются большему воздействию космического ветра, который изменяет их состав. С другой стороны, растения, выращенные в сравнительно менее зрелых почвах, чувствовали себя лучше.
Элардо отметил, что выращивание растений на лунных почвах может также изменить сами почвы.
«Луна — очень, очень сухое место. Как минералы в лунной почве отреагируют на выращивание в них растений с добавлением воды и питательных веществ? Сделает ли добавление воды минералогию более благоприятной для растений?» — сказал Элардо.
Последующие исследования будут основываться на этих и других вопросах. Сейчас ученые празднуют первые шаги к выращиванию растений на Луне.
«Мы хотели провести этот эксперимент, потому что годами задавались вопросом: будут ли растения расти в лунной почве», — сказал Ферл. «Ответ, как оказалось, да».
Оценили 0 человек
0 кармы