Місячний грунт погано підійшов для вирощування резуховидок
Місячний ґрунт погано підходить для сільського господарства. Хоча посаджені в нього рослини проростають із насіння, вони відчувають сильний стрес і повільно розвиваються. До такого висновку прийшли біологи, порівнявши зростання резуховидок Таля в зразках реголіту, привезеного з Місяця експедиціями «Аполлон-11», «Аполлон-12» і «Аполлон-17», і в вулканічному попелі. Результати дослідження опубліковані в статті для журналу.
При колонізації Місяця і Марса залишається неясним, як забезпечити жителів позаземних колоній продовольством. Одним з рішень може стати вирощування рослин на місці. Перші експерименти в цьому напрямку вже ведуться. Наприклад, п'ять років тому вчені виростили картоплю в умовах, близьких до марсіанських. А дослідження, проведене минулого року, продемонструвало, що бобові рослини можуть формувати симбіоз з азотфіксуючими клубеньковими бактеріями в імітації марсіанського ґрунту.
Команда біологів під керівництвом Анни-Лізи Пол (Anna-Lisa Paul) з Флоридського університету вирішила з'ясувати, чи здатні рослини виживати в місячному ґрунті. Для цього дослідники взяли зразки реголіту, привезені експедиціями «Аполлон-11», «Аполлон-12» і «Аполлон-17», і помістили їх у сорокавосьмилуночний планшет. Потім в окремі лунки на поверхню субстрату поклали по три-п'ять насіння резуховидки Таля () - популярного модельного організму. В якості контролю використовувалася імітація місячного грунту JSC-1A, виготовлена на Землі з вулканічного попелу.
Загалом дослідники посадили насіння в дванадцять лунок зі справжнім реголітом і в шістнадцять лунок з його імітацією. Підлогу та її співавтори регулярно поливали різуховидки, освітлювали і фіксували їх зростання, а на шостий-восьмий день пропололи, залишивши в кожній лунці по одному екземпляру. На двадцятий день рослини зрізали, щоб провести транскриптомний аналіз.
Насіння резуховидки проросло в усіх лунках через 48-60 годин після посадки. Однак коли автори порівняли рослини, витягнуті при прополюванні, виявилося що коріння екземплярів, які розвивалися в реголіті, коротше, ніж у тих, що росли в вулканічному попелі. Після восьмого дня стали помітні відмінності і в розвитку надземної частини. Резуховидкам, що ростуть в реголіті, знадобилося більше часу, ніж їх сородичам з його імітації, щоб повністю розгорнути листя, а діаметр листових розеток у них були менше. Крім того, деякі «місячні» рослини були низькорослими і відрізнялися підвищеним вмістом червонувато-чорних пігментів, що вказує на стресові умови. Лише кілька резуховидок у лунках з реголітом розвивалися майже так само добре, як їхні сородичі з лунок з вулканічним попелом.
Найменш сприятливим для рослин виявився реголіт, привезений експедицією «Аполлон-11». Він знаходився на поверхні Місяця довше грунту, зібраного експедиціями «Аполлон-12» і «Аполлон-17», і зазнав більш сильного впливу космічних променів і сонячного вітру.
Транскриптомний аналіз показав, що у гени, які розвиваються в реголіті резуховидок, експресуються інакше, ніж у їхніх сородичів, що ростуть на його імітації. Максимальні відмінності від контролю були відзначені для рослин з лунок, заповнених зразками, які привезла експедиція «Аполлон-11». У них інакше працювали 465 генів. Для зразків, зібраних експедиціями «Аполлон-12» і «Аполлон-17» ці значення склали 265 і 113 генів відповідно.
У всіх «місячних» резуховидок інакше експресувалися гени, пов'язані з реакцією на сильний стрес. При цьому 71 відсоток генів, для яких дослідники виявили відмінності від контролю, відповідають за реакцію на іонний стрес від взаємодії з солями, металами і активними формами кисню. Ще 29 відсотків таких генів відповідають за регуляцію метаболізму. Автори зазначають, що аналіз транскриптома виявив ознаки сильного стресу навіть у тих «місячних» резуховидок, що зовні мало відрізнялися від контролю. А у трьох найбільш пригноблених рослин інакше експресувалися більше тисячі генів.
Результати дослідження демонструють, що реголіт можна використовувати як субстрат для вирощування рослин. Однак у такому середовищі вони відчувають сильний іонний стрес і розвиваються гірше, ніж у вулканічному попелі. При цьому найгірше для сільського господарства підходить зрілий реголіт. Ймовірно, причина в тому, що в ньому міститься велика кількість нанофазного заліза, яке в кисневому середовищі окисляється. Крім того, такий грунт складається з більш дрібних зерен, завдяки чому при взаємодії з водою іони краще переходять в розчин. Обидва ці фактори негативно впливають на зростання рослин. Таким чином, щоб виробляти їжу на Місяці, людям доведеться якимось чином модифікувати місцевий грунт, щоб він став більш підходящим для рослин.
Щоб дізнатися про те, як дослідники вивчали місячний ґрунт у минулому і навіщо продовжують робити це в наші дні, прочитайте наш матеріал «Земля занебесна».