Księżycowi osadnicy: naukowcy twierdzą, że rośliny będą rosły najlepiej w księżycowej „glebie” ze świeżych kraterów uderzeniowych

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Czego potrzebujesz, aby Twój ogród się rozwijał? Oprócz dużej ilości słońca na przemian z delikatnymi opadami deszczu – oraz pracowitych pszczół i motyli do zapylania roślin – potrzebujesz dobrej, bogatej gleby, aby dostarczyć niezbędnych minerałów. Ale wyobraź sobie, że nie masz żyznej gleby, deszczu, pszczół i motyli. A słońce było albo zbyt ostre i bezpośrednie, albo nieobecne, powodując mrozy.

Czy rośliny mogą rosnąć w takim środowisku – a jeśli tak, to jakie? To jest pytanie, które koloniści na Księżycu (i Mars) musiałby się zmierzyć, czy (lub kiedy) ludzka eksploracja naszych planetarnych sąsiadów będzie kontynuowana. Teraz nowe badanie, opublikowany w Communications Biology, zaczął udzielać odpowiedzi.

Naukowcy stojący za badaniem uprawiali szybko rosnącą roślinę Arabidopsis thaliana w próbkach regolitu księżycowego (gleby) przywiezionych z trzech różnych miejsc na Księżycu przez astronautów Apollo.

Sucha i jałowa gleba

To nie pierwszy raz podjęto próby uprawiać rośliny w księżycowy regolit, ale jest pierwszym, który pokazuje, dlaczego się nie rozwijają.

Regolit księżycowy bardzo różni się od gleb lądowych. Po pierwsze, nie zawiera materii organicznej (robaki, bakterie, rozkładająca się materia roślinna), która jest charakterystyczna dla gleby na Ziemi. Nie ma też naturalnej zawartości wody.

Ale składa się z tych samych minerałów, co gleby lądowe, więc zakładając, że brak wody, światła słonecznego i powietrza łagodzi uprawa roślin w środowisku księżycowym, regolit może mieć potencjał do wzrostu roślin.

Badania wykazały, że tak właśnie jest. Nasiona A. thaliana kiełkowały w takim samym tempie w materiale Apollo, jak w glebie ziemskiej. Ale podczas gdy rośliny w glebie lądowej rozwijały korzenie i wypuszczały liście, sadzonki Apollo były skarłowaciałe i miały słaby wzrost korzeni.

Głównym celem badań było zbadanie roślin na poziomie genetycznym. Umożliwiło to naukowcom rozpoznanie, które konkretne czynniki środowiskowe wywołują najsilniejsze reakcje genetyczne na stres. Odkryli, że większość reakcji stresowych we wszystkich sadzonkach Apollo pochodzi z soli, metali i tlenu, który jest wysoce reaktywny (z których dwa ostatnie nie są powszechne w glebie lądowej) w próbkach księżycowych.

Zdjęcie roślin wyhodowanych w eksperymencie. — Wyniki eksperymentalne, z różnymi studniami dla każdej gleby. Źródło obrazu: Paul i in., CC BY-SA

Trzy próbki Apollo zostały dotknięte w różnym stopniu, przy czym próbki Apollo 11 rozwijały się najwolniej. Biorąc pod uwagę, że skład chemiczny i mineralogiczny trzech gleb Apollo były dość podobne do siebie i do próbki lądowej, naukowcy podejrzewali, że składniki odżywcze nie były jedyną siłą działającą.

Gleba naziemna, zwana JSC-1A, nie była zwykłą glebą. Była to mieszanka minerałów przygotowana specjalnie do symulacji powierzchni Księżyca i nie zawierała materii organicznej.

Materiałem wyjściowym był bazalt, podobnie jak w regolicie księżycowym. Wersja naziemna zawierała również naturalne szkło wulkaniczne jako analog dla „szkliste aglutynaty” — małe fragmenty minerałów zmieszane z roztopionym szkłem — które obfitują w regolit księżycowy.

Naukowcy uznali aglutynaty za jedną z potencjalnych przyczyn braku wzrostu sadzonek w glebie Apollo w porównaniu z glebą lądową, a także za różnicę we wzorcach wzrostu między trzema próbkami księżycowymi.

Aglutynaty są wspólną cechą powierzchni Księżyca. Jak na ironię, są one tworzone w procesie określanym jako „księżycowe ogrodnictwo”. W ten sposób zmienia się regolit, poprzez bombardowanie powierzchni księżyca promieniowaniem kosmicznym, wiatrem słonecznym i maleńkimi meteorytami, znanymi również jako wietrzenie kosmosu.

Ponieważ nie ma atmosfery, która spowalniałaby maleńkie meteoryty uderzające w powierzchnię, uderzają one z dużą prędkością, powodując topnienie, a następnie hartowanie (szybkie chłodzenie) w miejscu uderzenia.

Stopniowo gromadzą się małe agregaty minerałów, utrzymywane razem przez szkło. Zawierają również maleńkie cząstki metalicznego żelaza (żelazo nanofazowe) powstałe w procesie wietrzenia kosmosu.

To właśnie to żelazo jest największą różnicą między szklistymi aglutynacjami w próbkach Apollo a naturalnym szkłem wulkanicznym w próbce ziemskiej. Była to również najbardziej prawdopodobna przyczyna stresu związanego z metalami rozpoznanego w profilach genetycznych rośliny.

Tak więc obecność aglutynatów w substratach księżycowych spowodowała, że sadzonki Apollo walczyły z sadzonkami hodowanymi w JSC-1A, zwłaszcza z sadzonkami Apollo 11. Obfitość aglutynatów w próbce regolitu księżycowego zależy od czasu, przez jaki materiał był eksponowany na powierzchni, co określa się jako „dojrzałość” księżycowej gleby.

Gleby bardzo dojrzałe od dawna znajdują się na powierzchni. Można je znaleźć w miejscach, w których regolit nie został naruszony przez nowsze uderzenia, które utworzyły kratery, podczas gdy niedojrzałe gleby (spod powierzchni) występują wokół świeżych kraterów i na stromych zboczach kraterów.

Trzy próbki Apollo miały różne dojrzałości, przy czym materiał Apollo 11 był najbardziej dojrzały. Zawierał najwięcej żelaza w nanofazie i wykazywał w swoim profilu genetycznym najwyższe markery stresu związanego z metalem.

Znaczenie młodej gleby

Z badania wynika, że bardziej dojrzały regolit był mniej efektywnym podłożem do uprawy sadzonek niż mniej dojrzała gleba. To ważny wniosek, ponieważ pokazuje, że rośliny można hodować w siedliskach księżycowych, wykorzystując regolit jako zasób. Ale że lokalizacja siedliska powinna kierować się dojrzałością gleby.

I ostatnia myśl: uderzyło mnie, że odkrycia mogą dotyczyć również niektórych zubożałych regionów naszego świata. Nie chcę powtarzać starego argumentu: „Po co wydawać te wszystkie pieniądze na badania kosmosu, skoro można je lepiej wydać na szkoły i szpitale?”. To byłby temat innego artykułu.

Ale czy są postępy technologiczne, które wynikają z tych badań, które mogą mieć zastosowanie na Ziemi? Czy to, czego nauczono się o zmianach genetycznych związanych ze stresem, można wykorzystać do stworzenia bardziej odpornych na suszę upraw? Lub rośliny, które tolerują wyższy poziom metali?

Byłoby wielkim osiągnięciem, gdyby uprawa roślin na Księżycu była instrumentem pomagającym ogrodom stawać się bardziej zielonymi na Ziemi.

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

Kredytowych Image: Kevin Gill / Flickr

Znak czasu: 15 maja 2022 r.