Những người định cư trên Mặt trăng: Các nhà khoa học cho biết Cây cối sẽ phát triển tốt nhất trong 'đất' Mặt trăng từ miệng núi lửa tác động mới

Bạn cần những gì để làm cho khu vườn của bạn phát triển? Cũng như có nhiều ánh nắng xen kẽ với những cơn mưa rào nhẹ - và ong bướm bận rộn để thụ phấn cho cây - bạn cần đất tốt, giàu chất khoáng để cung cấp các khoáng chất cần thiết. Nhưng hãy tưởng tượng bạn không có đất màu mỡ, hay mưa rào, hoặc ong bướm. Và ánh nắng mặt trời quá gay gắt và trực tiếp hoặc vắng mặt - gây ra nhiệt độ đóng băng.

Thực vật có thể phát triển trong một môi trường như vậy — và nếu có, thì những cây nào? Đây là câu hỏi mà thực dân trên mặt trăng (và sao Hỏa) sẽ phải giải quyết nếu (hoặc khi) con người khám phá các hành tinh láng giềng của chúng ta được tiến hành. Bây giờ là một nghiên cứu mới, xuất bản trên Truyền thông Sinh học, đã bắt đầu cung cấp câu trả lời.

Các nhà nghiên cứu đằng sau nghiên cứu đã trồng loại cây phát triển nhanh Arabidopsis thaliana trong các mẫu đất của mặt trăng (đất) do các phi hành gia Apollo mang về từ ba nơi khác nhau trên mặt trăng.

Đất khô cằn và cằn cỗi

Đây không phải là lần đầu tiên nỗ lực đã được thực hiện để trồng cây trong regolith mặt trăng, nhưng đây là lần đầu tiên chứng minh lý do tại sao chúng không phát triển mạnh.

Đất trồng trên mặt trăng rất khác với đất trên cạn. Ban đầu, nó không chứa chất hữu cơ (giun, vi khuẩn, thực vật thối rữa) là đặc trưng của đất trên Trái đất. Nó cũng không có hàm lượng nước vốn có.

Nhưng nó được cấu tạo từ các khoáng chất giống như đất trên cạn, vì vậy giả sử rằng việc thiếu nước, ánh sáng mặt trời và không khí được cải thiện bằng cách trồng cây trong môi trường sống trên mặt trăng, thì cây cỏ có thể có tiềm năng phát triển thực vật.

Nghiên cứu cho thấy rằng đây thực sự là trường hợp. Hạt giống của A. thaliana nảy mầm với tốc độ tương tự trong vật liệu Apollo như chúng đã nảy mầm trong đất trên cạn. Nhưng trong khi cây trồng trên cạn tiếp tục phát triển bộ rễ và ra lá, thì cây con Apollo lại còi cọc và phát triển rễ kém.

Động lực chính của nghiên cứu là kiểm tra thực vật ở cấp độ di truyền. Điều này cho phép các nhà khoa học nhận ra các yếu tố môi trường cụ thể nào gây ra phản ứng di truyền mạnh nhất đối với căng thẳng. Họ phát hiện ra rằng hầu hết phản ứng căng thẳng ở tất cả các cây con Apollo đến từ muối, kim loại và oxy có phản ứng mạnh (hai phản ứng cuối cùng không phổ biến trong đất trên cạn) trong các mẫu Mặt Trăng.

Ba mẫu Apollo bị ảnh hưởng ở các mức độ khác nhau, trong đó mẫu Apollo 11 là mẫu phát triển chậm nhất. Cho rằng thành phần hóa học và khoáng vật học của ba loại đất Apollo khá giống nhau, và đối với mẫu trên đất liền, các nhà nghiên cứu nghi ngờ rằng chất dinh dưỡng không phải là động lực duy nhất.

Đất trên cạn, được gọi là JSC-1A, không phải là đất thông thường. Nó là một hỗn hợp các khoáng chất được điều chế đặc biệt để mô phỏng bề mặt Mặt Trăng, và không chứa chất hữu cơ.

Vật liệu ban đầu là đá bazan, giống như đá vôi trong mặt trăng. Phiên bản trên cạn cũng chứa thủy tinh núi lửa tự nhiên như một chất tương tự cho “thủy tinh kết tụ”—Các mảnh khoáng chất nhỏ trộn lẫn với thủy tinh nóng chảy — có rất nhiều trong regolith mặt trăng.

Các nhà khoa học nhận ra rằng các chất kết tụ là một trong những nguyên nhân tiềm ẩn khiến cây con trong đất Apollo kém phát triển so với đất trên cạn, và cũng là do sự khác biệt về mô hình sinh trưởng giữa ba mẫu Mặt Trăng.

Chất kết tụ là một đặc điểm chung của bề mặt Mặt Trăng. Trớ trêu thay, chúng được hình thành bởi một quá trình được gọi là “làm vườn trên mặt trăng”. Đây là cách mà regolith thay đổi, thông qua việc bắn phá bề mặt của mặt trăng bởi bức xạ vũ trụ, gió mặt trời và các thiên thạch cực nhỏ, còn được gọi là phong hóa không gian.

Do không có khí quyển để làm chậm các thiên thạch nhỏ va vào bề mặt, chúng va chạm với vận tốc cao, gây ra hiện tượng nóng chảy và sau đó dập tắt (nguội nhanh) tại vị trí va chạm.

Dần dần, các tập hợp khoáng chất nhỏ hình thành, kết dính với nhau bằng thủy tinh. Chúng cũng chứa các hạt kim loại sắt cực nhỏ (sắt nano) được hình thành bởi quá trình phong hóa không gian.

Chính chất sắt này là điểm khác biệt lớn nhất giữa thủy tinh ngưng kết trong các mẫu Apollo và thủy tinh núi lửa tự nhiên trong mẫu trên cạn. Đây cũng là nguyên nhân có thể xảy ra nhất gây ra căng thẳng liên quan đến kim loại được ghi nhận trong hồ sơ di truyền của thực vật.

Vì vậy, sự hiện diện của các chất kết tụ trong lớp nền mặt trăng đã khiến cây con Apollo gặp khó khăn so với cây con được trồng ở JSC-1A, đặc biệt là cây con Apollo 11. Sự phong phú của các chất ngưng kết trong một mẫu regolith mặt trăng phụ thuộc vào khoảng thời gian mà vật liệu tiếp xúc trên bề mặt, được gọi là “trưởng thành”Của đất mặt trăng.

Các loại đất rất trưởng thành trên bề mặt trong một thời gian dài. Chúng được tìm thấy ở những nơi mà regolith không bị xáo trộn bởi các sự kiện va chạm gần đây hơn tạo ra miệng núi lửa, trong khi đất chưa trưởng thành (từ dưới bề mặt) xảy ra xung quanh miệng núi lửa mới và trên các sườn núi lửa dốc.

Ba mẫu Apollo có độ chín khác nhau, trong đó vật liệu Apollo 11 là mẫu có độ chín cao nhất. Nó chứa nhiều sắt nano nhất và thể hiện các dấu hiệu ứng suất liên quan đến kim loại cao nhất trong hồ sơ di truyền của nó.

Tầm quan trọng của đất non

Nghiên cứu kết luận rằng đất trồng nhiều cây trưởng thành là chất nền kém hiệu quả hơn để trồng cây con so với đất ít trưởng thành hơn. Đây là một kết luận quan trọng, bởi vì nó chứng minh rằng thực vật có thể được trồng trong môi trường sống trên mặt trăng bằng cách sử dụng regolith như một nguồn tài nguyên. Nhưng vị trí của môi trường sống phải được định hướng bởi sự trưởng thành của đất.

Và một suy nghĩ cuối cùng: tôi đánh động rằng những phát hiện này cũng có thể áp dụng cho một số vùng nghèo khó trên thế giới của chúng ta. Tôi không muốn tập lại lý lẽ cũ là “Tại sao phải chi tất cả số tiền này cho nghiên cứu vũ trụ trong khi nó có thể được chi tốt hơn cho trường học và bệnh viện?”. Đó sẽ là chủ đề của một bài báo khác.

Nhưng liệu có những phát triển công nghệ nảy sinh từ nghiên cứu này có thể áp dụng được trên Trái đất không? Những gì đã học được về những thay đổi di truyền liên quan đến căng thẳng có thể được sử dụng để phát triển các loại cây trồng chịu hạn hơn không? Hay những cây có thể chịu được lượng kim loại cao hơn?

Sẽ là một thành tựu tuyệt vời nếu việc tạo ra các loài thực vật mọc trên mặt trăng là công cụ giúp các khu vườn phát triển xanh hơn trên Trái đất.

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Ảnh: Kevin Gill / Flickr

• Coinsmart. Sàn giao dịch Bitcoin và tiền điện tử tốt nhất Châu Âu.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. TRUY CẬP MIỄN PHÍ.
• CryptoHawk. Radar Altcoin. Dùng thử miễn phí.
• Nguồn: https://singularityhub.com/2022/05/15/moon-settlers-scientists-say-plants-will-grow-best-in-lunar-soil-from-fresh-impact-craters/