Growing plants in soil from the moon

Artykuł opisujący to osiągnięcie ukazał się w czasopiśmie "Communications Biology". Autorami są badacze w University of Florida (USA).

Wykazali oni, że rośliny mogą z powodzeniem kiełkować i wzrastać w księżycowej glebie. Dodatkowo opisali mechanizm, jaki uaktywnia się w roślinach po kontakcie z tą obcą biologicznie glebą, zwaną regolitem księżycowym, która radykalnie różni się od podłoża znajdującego się na Ziemi.

Praca ta, co podkreślają jej autorzy, może być pierwszym krokiem w kierunku rozpoczęcia uprawy roślin na Księżycu, co zapewniłoby pożywienie i tlen uczestnikom przyszłych misji kosmicznych. Jak dodają, bardziej zaawansowane badania tego zagadnienia pojawią się, gdy tylko ludzie powrócą na Księżyc, co ma nastąpić już niebawem. Amerykański program lotów kosmicznych Artemis planuje, że stanie się to już w 2025 roku.

Głównymi autorami omawianej publikacji są dr Anna-Lisa Paul oraz prof. Rob Ferl - oboje są uznanymi na arenie międzynarodowej ekspertami w dziedzinie badań roślin w warunkach kosmicznych. Tym razem zaprojektowali zadziwiająco prosty eksperyment: posadzili nasiona w księżycowej glebie, dodali wodę, składniki odżywcze, zapewnili dostęp do światła, po czym zajęli się obserwacjami i notowaniem wyników.

Dużym problemem było to, że do dyspozycji mieli jedynie 12 gramów księżycowej "ziemi", a więc zaledwie kilka łyżeczek. Otrzymali ją od NASA po 11 latach starań. Sama gleba została zebrana podczas misji kosmicznych: Apollo 11, Apollo 12 i Apollo 17.

Niewielka ilość materiału badawczego, nie wspominając o jej niewyobrażalnym znaczeniu historycznym i naukowym, sprawiła, że Paul i Ferl musieli zaprojektować eksperyment na bardzo małą skalę.

Aby stworzyć swój miniaturowy księżycowy ogród, wykorzystali studzienki wielkości naparstka wydrążone w plastikowych płytkach, jakich zwykle używa się do hodowli komórek. Każda studzienka pełniła funkcję doniczki; każdą napełniono ok. 1 gramem podłoża, zwilżono specjalną odżywką i dodano po kilka nasion rzodkiewnika.

Rzodkiewnik pospolity (Arabidopsis thaliana) to roślina powszechnie stosowana w eksperymentach botanicznych ze względu na to, że jej genom został w pełni zsekwencjonowany i zmapowany. Decyzja o wyborze tego gatunku zapewniła naukowcom możliwość sprawdzenia, jak gleba księżycowa wpływa na rośliny nawet na poziomie ekspresji genów.

Grupę kontrolną stanowiły rzodkiewniki posadzone w glebie nieksiężycowej: zwyczajnej oraz pobranej z ekstremalnych środowisk lądowych. Ku zaskoczeniu eksperymentatorów prawie wszystkie nasiona posadzone w regolicie księżycowym wykiełkowały.

"Byliśmy zdumieni. Zupełnie się tego nie spodziewaliśmy – opowiada dr Paul. - Był to jasny dowód, że gleba księżycowa nie zakłóca działania fitohormonów ani innych sygnałów związanych z kiełkowaniem".

Jednak z biegiem czasu naukowcy zaobserwowali różnice między roślinami wyhodowanymi w "ziemi" przywiezionej z Księżyca a grupą kontrolną. Sadzonki "księżycowe" były mniejsze, rosły wolniej lub były bardziej zróżnicowane pod względem wielkości niż ich "zwykłe" odpowiedniki. Niektóre miały też lekko odmienną pigmentację.

Jak wyjaśniają autorzy, wszystkie wymienione objawy świadczą o tym, że rośliny próbowały poradzić sobie z chemicznym i strukturalnym składem księżycowej gleby. Zostało to dodatkowo potwierdzone, gdy naukowcy przeanalizowali wzorce ekspresji genów roślin.

"Na poziomie genetycznym zaobserwowaliśmy, że rzodkiewniki uruchomiły mechanizmy zwyczajowo używane do radzenia sobie z różnymi stresorami: silnym zasoleniem, metalami ciężkimi lub stresem oksydacyjnym. Możemy więc wnioskować, że rośliny postrzegają środowisko gleby księżycowej jako stresujące" - zauważa dr Paul.

Badaczka ma nadzieję, że mają tę wiedzę uda się opracować taki schemat uprawy, który złagodzi reakcję na stres do poziomu niewpływającego na prawidłowy rozwój roślin.

Jednocześnie naukowcy zauważyli, że to, jak silnie rzodkiewniki reagują na księżycowe podłoże, jest powiązane z miejscem, z którego zostało ono zebrane. Np. tzw. dojrzała gleba księżycowa, czyli taka, która jest narażona na silne działanie wiatru kosmicznego, powodowała najsilniejsze oznaki stresu. I przeciwnie - regolit najmniej dojrzały sprzyjał najbardziej zniżonemu do ziemskich warunków wzrostowi roślin.

Jednak to nie wszystko - okazało się, że uprawa roślin na glebie księżycowej może również odmienić samą tę glebę.

"Księżyc to bardzo, bardzo suche miejsce. Jak minerały w glebie księżycowej zareagują na uprawianie z nich roślin z dodatkiem wody i składników odżywczych? Czy dodanie wody sprawi, że mineralogia stanie się bardziej gościnna dla roślin?" - zastanawia się współautor badania dr Stephenem Elardo.

Dalsze badania mają przynieść odpowiedzi właśnie na te pytania. Na razie naukowcy świętują wielki sukces tego eksperymentu. "Chcieliśmy go przeprowadzić, ponieważ przez lata zadawano sobie pytanie, czy rośliny w ogóle są w stanie wyrosnąć na księżycowej glebie - podkreśla prof. Ferl. - I już wiemy, że odpowiedź brzmi: tak".