Вчені перевірили здатність азотфіксуючих клубенькових бактерій формувати симбіоз з донником лікарським () в імітації марсіанського реголіту. Рослини успішно сформували клубеньки з симбіотичними бактеріями і продемонстрували дворазовий приріст у біомасі. Однак очікуваного збагачення ґрунту азотом домогтися не вдалося. Стаття опублікована в журналі.
Коріння бобових рослин (у тому числі донника) утворюють специфічні клубеньки, де мешкають бактерії-симбіонти з сімейства. Ці бактерії фіксують атмосферний азот, тобто перетворюють недоступний для рослин газоподібний азот (N2) на легкоусвояемую амонійну форму (NH4). У результаті бобові рослини ростуть краще, а ґрунт збагачується доступним для інших рослин азотом.
Вирощування бобових могло б допомогти при колонізації Марса, так як марсіанський реголіт хоч і містить азот, але в дуже невеликій кількості. Але чи буде симбіоз бобових рослин і ризобіальних бактерій працювати в такому ґрунті, поки невідомо.
Франклін Харріс (Franklin Harris) і його колеги з університету Колорадо вирішили це перевірити і провели експеримент з вирощування донника в імітації марсіанського реголіту.
Використаний в експерименті модельний грунт носить позначення MMS (Mojave Mars Simulant), він розроблений в 2007 році фахівцями Лабораторії реактивного руху NASA з опорою на дані спектральних спостережень поверхні Марса, і посадкових місій, зокрема, зондів «Вікінг» і марсоходів «Спірит» і «Опортьюніті». Основа штучного реголіту - базальтовий пісок з американської пустелі Мохаве. На 50 відсотків він складається з діоксиду кремнію і на 10 відсотків - з оксиду заліза. Паростки донника вирощувалися за оптимальних умов - в теплиці під фітолампами при температурі 25-30 градусів Цельсія і щоденному зволоженні.
Через два тижні після висадки десять паростків в імітації марсіанського реголіту обробили культурою бактерій, які утворюють бобово-ризобіальний симбіоз з донником, а ще п'ять залишили необробленими. Для порівняння цей же досвід провели у звичайному ґрунті для вирощування рослин. Через три місяці після обробки автори акуратно вийняли рослини, визначили їх масу і кількість клубеньків, а також проаналізували склад ґрунту.
На корінні донника в реголіті успішно утворилися клубеньки, хоч і значно менше, ніж у земному ґрунті (в середньому 14,5 клубеньків на рослину в реголіті, проти 63 в земному грунті). Утворення клубеньків у реголіті могло обмежуватися високим pH і низькою доступністю заліза, яке входить до складу нітрогенази - ферменту, що фіксує азот. Довжина втечі, маса втечі та коріння у рослин з клубеньками були вдвічі більшими порівняно з паростками, не обробленими культурою бактерій. Тобто симбіоз у марсіанському ґрунті все-таки працює, і значно покращує життя бобових рослин.
Однак накопичення азоту в реголіті з обробленими рослинами не відбувалося. Незважаючи на роботу азотфіксуючих бактерій, вміст амонійного азоту в ньому навіть знизився (c 5,5 до 3,7 міліграм на кілограм).
Автори пов'язують це з тим, що в бідному ґрунті рослини споживали весь доступний азот, як утворений бактеріями, так і присутній в ґрунті. Але є можливе вирішення цієї проблеми. У земному сільському господарстві бобові рослини часто використовують як «зелені добрива» - їх запахують у землю, де рослини розкладаються і вивільняють накопичений азот. За припущенням авторів, тривале вирощування бобових і їх запашка в грунт все-таки зможуть збагатити марсіанський реголіт доступним для рослин азотом.
Раніше було показано, що в імітації марсіанського грунту і розрідженій атмосфері можуть рости ціанобактерії, які, як і клубенькові бактерії, здатні фіксувати газоподібний азот. Також в імітації реголіту успішно виростили десять видів овочевих культур.