Mondsiedler: Wissenschaftler sagen, dass Pflanzen am besten in Mondboden aus frischen Einschlagskratern wachsen

Neuauflage von Plato

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Was brauchen Sie, damit Ihr Garten wächst? Neben viel Sonnenschein im Wechsel mit sanften Regenschauern – und fleißigen Bienen und Schmetterlingen, die die Pflanzen bestäuben – brauchen Sie einen guten, nährstoffreichen Boden, um wichtige Mineralien zu liefern. Aber stell dir vor, du hättest keinen fruchtbaren Boden oder Regenschauer oder Bienen und Schmetterlinge. Und der Sonnenschein war entweder zu hart und direkt oder fehlte – was zu eisigen Temperaturen führte.

Können Pflanzen in einer solchen Umgebung wachsen – und wenn ja, welche? Das ist die Frage, die Kolonisten auf dem Mond (und Mars) in Angriff nehmen müssten, wenn (oder wenn) die menschliche Erforschung unserer planetaren Nachbarn voranschreitet. Jetzt eine neue Studie veröffentlicht in Communications Biology, hat begonnen, Antworten zu liefern.

Die Forscher hinter der Studie kultivierten die schnell wachsende Pflanze Arabidopsis thaliana in Proben von Mond-Regolith (Erde), die von den Apollo-Astronauten von drei verschiedenen Orten auf dem Mond mitgebracht wurden.

Trockener und karger Boden

Dies ist nicht das erste Mal, dass Versuche wurden gemacht um darin Pflanzen zu züchten Mond-Regolith, aber es ist der erste, der zeigt, warum sie nicht gedeihen.

Der Mond-Regolith unterscheidet sich stark von terrestrischen Böden. Zunächst einmal enthält er keine organische Substanz (Würmer, Bakterien, zerfallende Pflanzenteile), die für den Boden auf der Erde charakteristisch ist. Es hat auch keinen inhärenten Wassergehalt.

Aber es besteht aus denselben Mineralien wie terrestrische Böden. Unter der Annahme, dass der Mangel an Wasser, Sonnenlicht und Luft durch die Kultivierung von Pflanzen in einem Mondlebensraum behoben wird, könnte der Regolith das Potenzial haben, Pflanzen anzubauen.

Die Forschung hat gezeigt, dass dies tatsächlich der Fall ist. Samen von A. thaliana keimten im Apollo-Material mit der gleichen Rate wie im terrestrischen Boden. Aber während die Pflanzen im Erdboden Wurzelstöcke entwickelten und Blätter austrieben, waren die Apollo-Sämlinge verkümmert und hatten ein schlechtes Wurzelwachstum.

Das Hauptaugenmerk der Forschung bestand darin, Pflanzen auf genetischer Ebene zu untersuchen. Dadurch konnten die Wissenschaftler erkennen, welche spezifischen Umweltfaktoren die stärksten genetischen Reaktionen auf Stress hervorriefen. Sie fanden heraus, dass die meisten Stressreaktionen bei allen Apollo-Keimlingen von hochreaktiven Salzen, Metallen und Sauerstoff (von denen die letzten beiden in Erdböden nicht üblich sind) in den Mondproben herrührten.

Bild der im Experiment gezüchteten Pflanzen. — Versuchsergebnisse mit unterschiedlichen Vertiefungen für jeden Boden. Bildnachweis: Paulet al., CC BY-SA

Die drei Apollo-Proben waren unterschiedlich stark betroffen, wobei die Apollo-11-Proben am langsamsten wuchsen. Angesichts der Tatsache, dass die chemische und mineralogische Zusammensetzung der drei Apollo-Böden einander und der terrestrischen Probe ziemlich ähnlich waren, vermuteten die Forscher, dass Nährstoffe nicht die einzige Kraft im Spiel waren.

Der terrestrische Boden, genannt JSC-1A, war kein normaler Boden. Es war eine Mischung aus Mineralien, die speziell zur Simulation der Mondoberfläche hergestellt wurde und keine organische Substanz enthielt.

Ausgangsmaterial war Basalt, genau wie beim Mond-Regolith. Die terrestrische Version enthielt auch natürliches vulkanisches Glas als Analogon für die „glasige Agglutinate“ – kleine Mineralfragmente, gemischt mit geschmolzenem Glas – die im Mond-Regolith reichlich vorhanden sind.

Die Wissenschaftler erkannten die Agglutinate als einen der möglichen Gründe für das mangelnde Wachstum der Sämlinge im Apollo-Boden im Vergleich zum terrestrischen Boden und auch für die unterschiedlichen Wachstumsmuster zwischen den drei Mondproben.

Agglutinate sind ein gemeinsames Merkmal der Mondoberfläche. Ironischerweise werden sie durch einen Prozess gebildet, der als „Mondgärtnern“ bezeichnet wird. Auf diese Weise verändert sich der Regolith durch Beschuss der Mondoberfläche durch kosmische Strahlung, Sonnenwind und winzige Meteoriten, auch bekannt als Weltraumverwitterung.

Da es keine Atmosphäre gibt, die die winzigen Meteoriten, die auf die Oberfläche treffen, verlangsamen könnte, schlagen sie mit hoher Geschwindigkeit ein, was zum Schmelzen und dann zum Abschrecken (rasche Abkühlung) an der Einschlagstelle führt.

Allmählich bauen sich kleine Mineralaggregate auf, die durch Glas zusammengehalten werden. Sie enthalten auch winzige Partikel aus Eisenmetall (Nanophasen-Eisen), die durch den Weltraumverwitterungsprozess gebildet werden.

Dieses Eisen ist der größte Unterschied zwischen den glasartigen Agglutinaten in den Apollo-Proben und dem natürlichen vulkanischen Glas in der terrestrischen Probe. Dies war auch die wahrscheinlichste Ursache für den metallassoziierten Stress, der in den genetischen Profilen der Pflanze erkannt wurde.

Das Vorhandensein von Agglutinaten in den Mondsubstraten führte also dazu, dass die Apollo-Setzlinge im Vergleich zu den in JSC-1A gezüchteten Setzlingen, insbesondere den Apollo 11-Setzlingen, zu kämpfen hatten. Die Menge an Agglutinaten in einer Mond-Regolith-Probe hängt von der Zeitdauer ab, während der das Material an der Oberfläche exponiert war, was als „Reife” eines Mondbodens.

Sehr reife Böden liegen schon lange an der Oberfläche. Sie werden an Orten gefunden, an denen Regolith nicht durch neuere Einschlagsereignisse gestört wurde, die Krater erzeugten, während unreife Böden (von unterhalb der Oberfläche) um frische Krater und an steilen Kraterhängen vorkommen.

Die drei Apollo-Proben hatten unterschiedliche Laufzeiten, wobei das Apollo-11-Material am ausgereiftesten war. Es enthielt das meiste Nanophasen-Eisen und wies in seinem genetischen Profil die höchsten metallassoziierten Stressmarker auf.

Die Bedeutung des jungen Bodens

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass der reifere Regolith ein weniger effektives Substrat für die Anzucht von Sämlingen war als der weniger reife Boden. Dies ist eine wichtige Schlussfolgerung, da sie zeigt, dass Pflanzen in Mondlebensräumen unter Verwendung des Regoliths als Ressource gezüchtet werden könnten. Allerdings sollte sich die Lage des Habitats an der Reife des Bodens orientieren.

Und ein letzter Gedanke: Mir kam der Gedanke, dass die Ergebnisse auch für einige der ärmsten Regionen unserer Welt gelten könnten. Ich möchte das alte Argument „Warum all dieses Geld für die Weltraumforschung ausgeben, wenn es besser für Schulen und Krankenhäuser ausgegeben werden könnte?“ nicht wiederholen. Das wäre Thema eines anderen Artikels.

Aber gibt es technologische Entwicklungen, die sich aus dieser Forschung ergeben, die auf der Erde anwendbar sein könnten? Könnten die Erkenntnisse über stressbedingte genetische Veränderungen genutzt werden, um dürreresistentere Pflanzen zu entwickeln? Oder Pflanzen, die einen höheren Gehalt an Metallen vertragen könnten?

Es wäre eine große Errungenschaft, wenn das Wachsenlassen von Pflanzen auf dem Mond dazu beitragen würde, Gärten auf der Erde grüner zu machen.

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

Bild-Kredit: Kevin Gill/Flickr

Zeitstempel: 15. Mai 2022