Саженцы проросли в реголите, собранном в 1960-х и 70-х годах, но астронавты не будут собирать лунные окопы в ближайшее время.
АННА-ЛИЗА ПОЛ ГОДАМИ пыталась получить в свои руки реальные образцы лунной почвы, собранные астронавтами эпохи Аполлона. После того, как она несколько раз уточнила свое исследовательское предложение, НАСА, наконец, удовлетворило ее просьбу в 2021 году, позволив ее команде попробовать выращивать крошечные растения в лунной грязи, которая была безжизненной в течение миллиардов лет.
Ее усилия окупились: хотя растения явно боролись с суровым инородным материалом, им, тем не менее, удалось прорасти. Команда Пола опубликовала свои результаты в новом исследовании в журнале Communications Biology во вторник, утверждая, что их эксперимент показывает, что лунные астронавты могут заниматься собственным тепличным хозяйством через пару десятилетий, что позволяет им обеспечивать себя.
“Через два дня мы были поражены тем, что каждое семя проросло. Это было необычно и немного захватывало дух ”, - говорит Пол, космический биолог и генетик из Университета Флориды. — Мы наблюдали за самыми первыми семенами в истории человечества - в истории Солнечной системы — растущими в лунном материале. (Исследователи не связаны с НАСА, но агентство помогло финансировать их работу.)
Лунная почва, называемая реголитом, которую астронавты собрали в 1960-х и 70-х годах, чрезвычайно сложна для работы. Песчинки сухие, острые, абразивные и чрезвычайно мелкие, в них есть минералы и ионы, с которыми земные растения никогда раньше не сталкивались, и в них нет никакой органики, потому что ни одно растение никогда не росло, а затем не умирало и не разлагалось на Луне. Чтобы сделать ее похожей на земную почву, экспериментаторам нужно было добавить некоторые питательные вещества и воду. (Воду также трудно найти на Луне, хотя она существует.)
Пол и ее команда максимально использовали свой ограниченный запас подлинного реголита. Для каждого образца у них было около грамма или маленькой ложки материала, собранного с Аполлона-11— первая высадка человека на Луну, в Море Спокойствия, и миссии "Аполлон—12" и "17", которые приземлились к западу и северу оттуда. Для сравнения, они также посадили семена в аналогичное количество имитированной лунной почвы из вулканического пепла, которая на Земле была бы плохим выбором для садоводства. Ранее они проводили многочисленные эксперименты с таким моделируемым материалом, называемым АО-1А (названным в честь Космического центра Джонсона НАСА), что позволило им точно настроить свой разбавленный питательный раствор — своего рода жидкое удобрение.
Для экспериментального аппарата они посадили семена в тарелку с 48 лунками, похожую на небольшой лоток для кубиков льда. Но они заполнили только несколько скважин: три с лунной грязью плюс питательный раствор и четыре с АО-1А плюс питательный раствор. Они повторили ту же настройку на трех других пластинах, чтобы получить лучшую статистику. Затем они переместили пластины в свои индивидуальные лотки для полива в вентилируемые террариумы под ростовыми лампами. Коробки ограничивали поток воздуха, но они не были полностью стерильными; вместо этого они имитировали, какой может быть открытая лабораторная среда в лунной среде обитания с экипажем.
Маленькие растения, известные как thale cress (Arabidopsis thaliana), относятся к тому же семейству, что и кресс-салат и брокколи, что делает их хорошей моделью для овощных культур. И для исследователей у них есть то преимущество, что они быстро растут. Когда саженцы впервые появились как в лунном грунте, так и в контрольных образцах, они все еще черпали питательные вещества из запасов, хранящихся в самих семенах. Но примерно через неделю возникли разногласия. - Саженцы в лунных образцах начали расти медленнее, и некоторые из них начали проявлять серьезные стрессовые реакции. Их корни были более изогнутыми и изогнутыми и не такими здоровыми на вид. Им было трудно ”, - говорит Пол. Некоторые растения, казалось, адаптировались, в то время как другие выглядели все более болезненными, а их листья становились узловатыми и пигментированными.
По сравнению со своими собратьями, которые росли в вулканическом пепле, все растения в лунной почве дольше развивали широкие листья, были меньше, а некоторые сильно отстали в росте. Из растений, выращенных в реголите, лучше всего себя чувствовали растения, выращенные в образцах миссий "Аполлон-12" и "Аполлон-17".
Затем Пол и ее команда провели генетические тесты на всех растениях, чтобы выяснить, какие метаболические инструменты растения использовали для адаптации к окружающей среде. Они обнаружили, что даже более здоровые саженцы имели генную активность - гены, которые были выключены или включены, что указывает на стресс. По словам Пола, эта активность сравнима с активностью растений, окруженных почвой со слишком большим количеством металлов или солей. “Они усердно работали, чтобы стать здоровыми, если хотите”.
Тем не менее, исследователи с оптимизмом смотрят на будущее лунного садоводства, тем более что любые растения, выращенные в настоящем реголите, улучшат почву для следующих поколений. - Я нахожусь на позитивной стороне дела. Тот факт, что некоторые растения испытывали стресс, а некоторые не росли, меня нисколько не беспокоит. Мы здесь, на Земле, приобретаем большой опыт в том, как выращивать растения во все более соленой и сухой среде. Я не сомневаюсь, что мы научимся выращивать растения в лунном грунте ”, - говорит Роберт Ферл, коллега Пола и соавтор исследования.
НАСА провело несколько экспериментов после миссий по высадке на Луну 1960-х и 70-х годов, которые вернули лунный материал, но это было совсем не то, что пытались сделать Пол и Ферл. “Небольшое количество реголитового материала было помещено в контакт с растениями, и данные показали, что серьезных негативных последствий не было”, - говорит Шармила Бхаттачарья, главный ученый астробионики НАСА. Но новое исследование Пола и Ферла более амбициозно. “Это уникальный эксперимент, чтобы фактически вырастить эти растения в реголите, конечно, с дополнительным материалом. Это первый раз, и именно поэтому мы очень взволнованы ”, - говорит Бхаттачарья.
Сегодня у НАСА не так много реголита, которым можно поделиться с учеными, но они постепенно раздают его для высокоприоритетных исследований. Недавно агентство открыло один из последних образцов, собранных в 1972 году, для изучения реголита в районе посадки Аполлона-17. Новая программа Artemis, преемник Apollo, сейчас набирает обороты, и поскольку астронавты вернутся на Луну через несколько лет, агентство ожидает еще много образцов.
Изучение того, как выращивать пищу за пределами планеты, вероятно, будет важно, поскольку каждый грамм, транспортируемый в космос, занимает место на корабле и увеличивает его затраты и потребности в топливе. Кроме того, в удаленной, изолированной среде, такой как космическая станция или лунная среда обитания, небольшая зелень может иметь большое значение для психического здоровья экипажа, даже если она не обеспечивает тонну пищи. “Прикосновение и ощущение растений могут иметь психологические преимущества”, - говорит Бхаттачарья.
По этим причинам астронавты и исследователи уже начали тестировать различные способы выращивания пищи на Международной космической станции. Исследование Пола и Ферла может стать важным шагом вперед к космическому земледелию. - Это впечатляющее исследование по двум причинам. Они используют настоящие образцы Apollo и применяют современные биологические инструменты ”, - говорит Кевин Кэннон, геолог и исследователь космических ресурсов в Колорадской школе шахт, который не участвовал в работе. Но возможно, что другие варианты выращивания растений и овощей без использования грязи, такие как гидропоникааэропоника или выращивание клеток в реакторемогут быть более эффективными для МКС или лунных миссий, говорит Кэннон.
С другой стороны, путешествие на Марс потребует длительных поездок и длительных визитов. А поскольку планета находится так далеко, будет еще труднее доставлять продовольствие, что может сделать ее лучшим местом для выращивания сельскохозяйственных культур в более крупных масштабах, говорит он. Исследователи уже начали выращивать растения, в том числе кресс-салат, в моделируемой марсианской почве, и они могли бы попробовать поэкспериментировать с реальной вещью, когда НАСА вернет образцы из миссии марсохода Perseverance. Если это сработает, то ботаник-астронавт, похожий на Марка Уотни, однажды сможет выращивать картофель на Красной планете— но не до тех пор, пока кто-то не разработает способы помочь земным растениям процветать, а не просто выживать в космическом реголите.
Тем не менее, для Пола и ее коллег космическое сельское хозяйство или, по крайней мере, космическое садоводство будет в нашем будущем. - Здесь мы вводим часть Луны в биологию, и это работает“ Для меня это так символично. Когда мы покинем Землю, мы возьмем с собой растения, - говорит она.
