Что нужно для роста вашего сада? Помимо большого количества солнечного света, чередующегося с нежными ливнями, а также пчел и бабочек, опыляющих растения, вам нужна хорошая, богатая почва, чтобы обеспечить ее необходимыми минералами. Но представьте, что у вас не было ни богатой почвы, ни дождей, ни пчел, ни бабочек. А солнечный свет был либо слишком резким и прямым, либо отсутствовал, вызывая отрицательные температуры.
Могут ли растения расти в такой среде, и если да, то какие? Это вопрос, который колонисты на Луне (и Марсе) должны будут решить, если (или когда) продолжится исследование человеком наших планетарных соседей. Теперь новое исследование, опубликованное в Communications Biology , начало давать ответы.
Исследователи, стоящие за исследованием, культивировали быстрорастущее растение Arabidopsis thaliana в образцах лунного реголита (почвы), доставленных из трех разных мест на Луне астронавтами Аполлона.
Сухая и бесплодная почва
Это не первая попытка вырастить растения в лунном реголите , но это первая демонстрация того, почему они не растут.
Лунный реголит сильно отличается от земных грунтов. Во-первых, она 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 недостаток воды, солнечного света и воздуха компенсируется выращиванием растений в лунной среде обитания, тогда реголит может иметь потенциал для выращивания растений.
Исследование показало, что это действительно так. Семена A. thaliana прорастали в материале Аполлона с той же скоростью, что и в земной почве. Но в то время как растения в земной почве продолжали развивать корни и выпускать листья, сеянцы Аполлона были низкорослыми и имели плохой рост корней.
Основное направление исследований заключалось в изучении растений на генетическом уровне. Это позволило ученым определить, какие конкретные факторы окружающей среды вызывают самые сильные генетические реакции на стресс. Они обнаружили, что большая часть стрессовой реакции у всех саженцев Аполлона была вызвана солями, металлами и кислородом, которые обладают высокой реакционной способностью (последние два из которых не распространены в земной почве) в лунных образцах.
Результаты экспериментов с разными лунками для каждой почвы. Изображение предоставлено: Пол и др. , СС BY-SA
Три образца Аполлона были затронуты в разной степени, причем образцы Аполлона-11 росли медленнее всего. Учитывая, что химический и минералогический состав трех почв Аполлона был довольно похож друг на друга и на земной образец, исследователи подозревали, что питательные вещества были не единственной движущей 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.
Ученые признали агглютинаты одной из потенциальных причин отсутствия роста проростков в почве Аполлона 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 процессе, называемом «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 нет атмосферы, которая могла бы замедлить попадание крошечных метеоритов на поверхность, они сталкиваются 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 процессе космического выветривания.
Именно это железо является самым большим отличием стеклообразных агглютинатов в образцах Аполлона от природного вулканического стекла в земном образце. Это также было наиболее вероятной причиной связанного с металлами стресса, обнаруженного в генетических профилях растения.
Таким образом, присутствие агглютинатов в лунных субстратах заставляло сеянцы Аполлона бороться по сравнению с сеянцами, выращенными в АО-1А, особенно с сеянцами Аполлона-11. Обилие агглютинатов в образце лунного реголита зависит от продолжительности времени, в течение которого материал находился на поверхности, что называется « зрелостью » лунного грунта.
Очень зрелые почвы долгое время находились на поверхности. Они встречаются в местах, где реголит не был нарушен более поздними ударными событиями, создавшими кратеры, тогда как незрелые почвы (из-под поверхности) встречаются вокруг свежих кратеров и на крутых склонах кратеров.
Три образца Аполлона имели разную зрелость, причем материал Аполлона-11 был самым зрелым. Он содержал больше всего нанофазного железа и демонстрировал самые высокие маркеры стресса, связанные с металлом, в своем генетическом профиле.
Важность молодой почвы
В исследовании делается вывод, что более зрелый реголит был менее эффективным субстратом для выращивания рассады, чем менее зрелая почва. Это важный вывод, потому что он демонстрирует, что растения можно выращивать в лунных средах обитания, используя реголит в качестве ресурса. Но что место обитания должно руководствоваться зрелостью почвы.
И последняя мысль: меня поразило, что результаты могут быть применимы и к некоторым бедным регионам нашего мира. Я не хочу повторять старый аргумент: «Зачем тратить все эти деньги на космические исследования, если их лучше потратить на школы и больницы?». Это было бы предметом другой статьи.
Но есть ли 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 растения, которые могут переносить более высокие уровни металлов?
Было бы большим достижением, если бы выращивание растений на Луне способствовало озеленению садов на Земле. 
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочитайте оригинальную статью .
Кредит изображения: Кевин Гилл / Flickr