Американські вчені змогли проростити у справжніх зразках місячного реголіту трав'янисту рослину різушку Таля. Втім, хоча рослинам і вдалося пустити листя, за словами науковців, вони переживали стрес, реагуючи так зокрема на солі і метали у зразках. Найгіршим для різушок виявився реголіт, привезений місією «Аполлон-11». Однак у майбутньому вчені сподіваються знайти спосіб покращити місячний реголіт, щоб він був для рослинництва привабливішим. Стаття опублікована у Communications Biology.
UF / IFAS photo by Tyler Jones
Марк Вотні в «Марсіанині» все робив правильно?
Безумовно, можливість вирощувати рослини поза Землею є одним з важливих пунктів на порядку денному, якщо ми плануємо «повернення людей на Місяць», як на це розраховує програма NASA «Артеміда». Рослини роблять доступними необхідні компоненти для довгострокового проживання в космосі та на позаземних поверхнях: забезпечують їжу та кисень, переробляють воду та вуглекислий газ із середовища проживання майбутніх колонізаторів. Однак багато проєктів позаземних систем вирощування рослин значною мірою засновані на гідропонних системах — подібно тому як це робив головний герой фільму «Марсіанин».
І на думку авторів цієї роботи, біотехнологів та геологів з Університету Флориди, до цього варіанту вчені звертаються через брак інформації про ефективність використання власне позаземних матеріалів як субстратів для вирощування рослин. А тому вони позичили у Дирекції з досліджень астроматеріалів Космічного центру Джонсона (Johnson Space Center in Houston by the Astromaterials Research and Exploration Science Division) привезені майже 50 років тому місіями «Аполлон» зразки реголіту з Місяця.
Як вирощувати квіти в реголіті?
Оскільки після доставки цих зразків на Землю вчені були занепокоєні позаземними патогенами, їх зберігали у дослідницькій лабораторії у захисній вакуумній трубці з регульованою атмосферою — приблизно як найвищий рівень біологічного захисту. Тож у руки вченим вони потрапили майже незміненими. У роботі вони мали дослідити, чи зможуть рослини успішно вирости у реголіті, і якщо так, то як вони змогли адаптуватися. Тож безпосередньо на зразки і розсіяли насіння різушок Таля (Arabidopsis thaliana).
Реголіт - це пухкий пилоподібний матеріал, що утворився внаслідок постійного бомбардування місячних порід мікрометеоритами. Всі зразки, які використовували вчені, хоч і були привезені різними місіями, «Аполлоном-11», «Аполлоном-12» і «Аполлоном-17», належали до областей Місяця, багатих на базальти. Контрольним виступила імітація місячного реголіту JSC-1A. Помітних мінералогічних та композиційних відмінностей між місячним реголітом та JSC-1A небагато. У них відрізняється ступінь окислення заліза і вміст деяких мікроелементів, наприклад, титану. Крім того, щоб імітувати удари мікрометеоритів, які впливають на місячний реголіт, в його імітації використовують вулканічне скло. Як зазначають дослідники, зразки з «Аполлона-11» були більш зрілими за зразки з «Аполлона-12» та «Аполлона-17». Одразу після посіву розсаду перенесли у чисті вентильовані тераріуми із системою зрошення, які мали імітувати потенційні лабораторії на Місяці.
UF / IFAS photo by Tyler Jones
Що проросло у реголіті?
Вже між 48 та 60 годинами після посадки, всі сіянці продемонстрували свої стебла та сім'ядолі, що вказує на те, що навіть у гідратованому реголіті рослинам вдалося запустити потрібні для росту процеси. На шостий і восьмий день дослідники прорідили свої грядки та залишили по одному саджанцю у кожній лунці. Вже тоді з'ясувалося, що корінці рослин із імітації реголіту були набагато більшими, ніж зі справжнього реголіту, що вказує на уповільнення росту.
Рослини в імітованому реголіті підтримували незмінно вищу швидкість зростання, ніж рослини, вирощені будь-якому із зразків місячного реголіту. Всім «місячним» рослинам знадобилося більше часу для розгортання листя, а деякі були дуже низькорослими і глибоко пігментованими, що є типовим показником стресу рослин. Причому цікаво, що рослини, вирощені на реголіті з «Аполлона-11», почували себе значно гірше, ніж рослини, вирощені на реголіті, привезеному двома іншими екіпажами.
Порівняння росту різущок у справжньому та імітованому реголіті. Anna-Lisa Paul et al. / Communications Biology, 2022
Щоб краще дізнатися, як почували себе різушки у місячному реголіті, вчені скористалися аналізом транскриптома їхніх стебел і листків. Усі місячні зразки, незалежно від місії, продемонстрували маркери, що свідчать про сильну реакцію на стрес. В основному це була реакція на солі, метали та активні форми кисню. Причому аналіз експресії генів з погляду відносного успіху зростання рослин показав, що навіть більш успішні на вигляд з них, які росли подібно до тих, що були в імітації реголіту, все одно демонстрували сильний стрес. Різушки, вирощені в реголіті «Аполлона-17», відчували найменші труднощі і демонстрували менше маркерів стресу. На відміну від зразків, яким довелося рости у реголіті з «Аполлона-11». Це вказує на те, що більш зрілий реголіт забезпечує гірші умови для рослин.
Ці експерименти продемонстрували, що наземні рослини здатні рости в місячному реголіті як основній опорній матриці. Тож найпоширеніший матеріал на Місяці теоретично можна використовувати для вирощування рослин. Однак експеримент також показав, що місячний реголіт не є сприятливим субстратом для росту: різушки відповіли на нього стресом, пов'язаним з окисненням і високим вмістом іонів, що узгоджується з передбаченням, що космічні промені і сонячний вітер пошкоджують поверхневий реголіт, роблячи його непридатним.
UF / IFAS photo by Tyler Jones
За словами дослідників, взаємодію між рослинами та місячним реголітом необхідно додатково вивчити та, ймовірно, є можливість знайти спосіб пом'якшити його вплив на них, щоб найкращим чином забезпечити ефективне використання місячного реголіту для життєзабезпечення на місячних станціях.
Інтерес до теми забезпечення майбутніх астронавтів на Місяці або Марсі продовжує рости. І враховуючи, що поки способів швидко доставляти ресурси з Землі немає, різні вчені пропонують різні варіанти. Наприклад, використовувати як будівельний матеріал змішані із реголітом кров, сльози та піт астронавтів або хітозан з екзоскелетів комах та ракоподібних, які можуть бути їжею на станціях. Воду на Місяці запропонували видобувати ровером із ракетною установкою, а нещодавно аналіз привезеного китайцями місячного ґрунту показав, що з нього можливо видобувати паливо і кисень.