Что нужно, чтобы ваш сад рос и развивался? Помимо большого количества солнечного света, чередующегося с умеренными дождями, а также пчёл и бабочек, опыляющих растения, вам нужна хорошая, богатая почва, чтобы обеспечить растения всеми необходимыми минералами. Но представьте, что у вас нет ни богатой почвы, ни дождей, ни пчёл, ни бабочек. А солнечный свет либо слишком резкий и прямой, либо отсутствует вовсе, вызывая отрицательные температуры.

Как выращивать растения на Луне — новое исследование.Изображение: unsplash.com

Могут ли растения расти в такой среде, и если да, то какие? Это вопрос, на который будущие колонисты на Луне (и Марсе) должны будут ответить заранее, если (или когда) они и дальше хотят продолжить исследование наших планетарных соседей. Недавнее же новое исследование, опубликованное в журнале Communications Biology, похоже, начало давать ответы на все вопросы, которые так или иначе связаны с вопросом разведения и выращивания растений на других планетах.

Учёные, стоящие за новым исследованием, культивировали быстрорастущее растение Arabidopsis thaliana в образцах лунного реголита (почвы), доставленных из трёх разных мест на Луне астронавтами миссии Аполлон.

Как выращивать растения на Луне — новое исследование.
Arabidopsis thaliana на Земле. Wikipedia, CC BY-SA

Сухая и бесплодная почва

Это не первый случай, когда предпринимаются попытки выращивать растения в лунном реголите, но это первый случай, когда демонстрируется, почему они не хотят там расти.

Лунный реголит сильно отличается от земных грунтов. Во-первых, он не содержит органических веществ (червей, бактерий, разлагающихся растительных остатков), характерных для почвы на Земле. Он также не имеет собственного содержания воды.

Но он состоит из тех же минералов, что и земные почвы, поэтому, если предположить, что при выращивании растений в лунной среде обитания недостаток воды, солнечного света и воздуха будет компенсирован, тогда реголит вполне может иметь потенциал для выращивания растений.

Исследование показало, что это действительно так. Семена Arabidopsis thaliana прорастали в материале, доставленном Аполлоном, с той же скоростью, что и в земной почве. Но в то время как растения в земной почве продолжали развивать корни и выпускать листья, саженцы, высаженные в почву с Аполлона, были низкорослыми и имели плохой рост корней.

Основным направлением исследований было изучение растений на генетическом уровне. Это позволило учёным определить, какие конкретные факторы окружающей среды вызывают самые сильные генетические реакции на стресс. Они обнаружили, что большая часть стрессовой реакции во всех саженцах, находившихся в лунном грунте, происходила от солей, металлов и кислорода, которые являются высокореактивными (последние два из которых не распространены в земной почве) в лунных образцах.

Как выращивать растения на Луне — новое исследование.
Экспериментальные результаты с различными лунками для каждого грунта. Изображение: Paul et al., CC BY-SA

Всего в разной степени были задействованы три образца с миссий Аполлон, причём образцы Аполлона-11 росли медленнее всего. Учитывая, что химический и минералогический состав трёх почв с миссий Аполлон был довольно похож друг на друга и на земной образец, исследователи подозревали, что питательные вещества были не единственной отыгрывающей роль силой.

Земная почва, названная АО-1А, не была обычной почвой. Это была смесь минералов, приготовленная специально для имитации поверхности Луны, и не содержащая органических веществ.

Исходным материалом был базальт, как и в лунном реголите. Земная версия также содержала природное вулканическое стекло в качестве аналога «стекловидных агглютинатов» — мелких фрагментов минералов, смешанных с расплавленным стеклом, которых много в лунном реголите.

Учёные признали агглютинаты одной из потенциальных причин отсутствия роста саженцев в почве с миссий Аполлон по сравнению с земной почвой, а также различия в характере роста между тремя лунными образцами.

Агглютинаты — обычная черта лунной поверхности. По иронии судьбы, они образуются в результате процесса, называемого «лунным садоводством». Именно так изменяется реголит в результате бомбардировки поверхности Луны космическим излучением, солнечным ветром и крошечными метеоритами, что также известно как космическое выветривание.

Поскольку на Луне нет атмосферы, которая могла бы замедлить падение крошечных метеоритов на её поверхность, они ударяются с высокой скоростью, вызывая плавление, а затем гашение (быстрое охлаждение) в месте удара.

Постепенно образуются мелкие агрегаты минералов, скрепленные стеклом. Они также содержат крошечные частицы металлического железа (нанофазное железо), образованные в результате процесса космического выветривания.

Именно это железо представляет собой самую большую разницу между стекловидными агглютинатами в образцах Аполлона и природным вулканическим стеклом в земном образце. Это также было наиболее вероятной причиной связанного с металлами стресса, обнаруженного в генетических профилях растений.

Таким образом, присутствие агглютинатов в лунных субстратах привело к тому, что саженцы с Аполлона испытывали трудности по сравнению с саженцами, выращенными в АО-1А, особенно те, которые росли в образцах с Аполлон-11. Обилие агглютинатов в образце лунного реголита зависит от времени, в течение которого материал находился на поверхности, что называется «зрелостью» лунного грунта.

Очень зрелые почвы уже давно находятся на поверхности. Они встречаются в местах, где реголит не был нарушен более поздними ударными явлениями, создавшими кратеры, тогда как незрелые почвы (из-под поверхности) встречаются вокруг свежих кратеров и на крутых склонах кратеров.

Три образца Аполлона имели разную зрелость, причём материал Аполлона-11 был самым зрелым. Он содержал больше всего нанофазного железа и демонстрировал самые высокие металл-ассоциированные маркеры стресса в своём генетическом профиле.

Важность молодой почвы

В результате исследования был сделан вывод, что более зрелый реголит был менее эффективным субстратом для выращивания рассады, чем менее зрелая почва. Это важный вывод, поскольку он демонстрирует, что растения можно выращивать в лунных средах обитания, используя реголит в качестве ресурса. Но что при выборе места обитания следует руководствоваться зрелостью почвы.

Основываясь на этом исследовании также можно сделать вывод, что полученные в ходе него результаты вполне могут быть применимы к некоторым бедным регионам нашего мира.

Но есть ли действительно технологические разработки, появившиеся в результате этих исследований, которые можно было бы применить на Земле? Можно ли использовать полученные знания о генетических изменениях, связанных со стрессом, для создания более засухоустойчивых культур? Или растений, которые могут переносить более высокие уровни металлов?

Как нам кажется, было бы куда большим достижением, если бы сады стали пышнее и зеленее на Земле, а уж только потом на Луне и других планетах. Но это сугубо наше мнение, возможно, кто-то из вас считает иначе — напишите свои мысли относительно этого в комментариях ниже!

Правописание уведомления вебмастера


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

Комментарии

- комментариев