Nghiên cứu gợi ý bạn có thể trồng cây trên Mặt Trăng

Bạn cần gì để khu vườn của bạn phát triển? Ngoài nhiều nắng xen kẽ với cơn mưa nhẹ - và những con ong bận rộn và bướm để thụ phấn cho cây - bạn cần đất tốt, giàu chất dinh dưỡng. Nhưng hãy tưởng tượng bạn không có đất tốt, hoặc cơn mưa, hoặc những con ong và bướm. Và ánh nắng mặt trời quá gay gắt và trực tiếp hoặc hoàn toàn vắng mặt - gây ra nhiệt độ đóng băng.

Liệu cây có thể phát triển trong môi trường như vậy không - và nếu có, cây nào? Đây là câu hỏi mà những người định cư trên Mặt Trăng (và Sao Hỏa) sẽ phải đối mặt nếu (hoặc khi) khám phá con người về những người hàng xóm của chúng ta tiến triển. Bây giờ, một nghiên cứu mới, được công bố trong Communications Biology, đã bắt đầu đưa ra câu trả lời.

Các nhà nghiên cứu sau nghiên cứu đã trồng cây phát triển nhanh Arabidopsis thaliana trong mẫu đất lưu huỳnh (đất) mang về từ ba địa điểm khác nhau trên Mặt Trăng bởi phi hành gia Apollo.

Đây không phải là lần đầu tiên những nỗ lực đã được thực hiện để trồng cây trong đất lưu huỳnh trên Mặt Trăng, nhưng đây là lần đầu tiên giải thích tại sao chúng không phát triển mạnh mẽ.

Đất lưu huỳnh trên Mặt Trăng rất khác biệt so với đất trên Trái Đất. Đầu tiên, nó không chứa chất hữu cơ (sâu, vi khuẩn, vật chất thực vật phân hủy) mà là đặc điểm của đất trên Trái Đất. Nó cũng không có độ ẩm tự nhiên.

Nhưng nó được tạo thành từ các khoáng chất giống như đất trên Trái Đất, vì vậy giả sử rằng sự thiếu hụt nước, ánh sáng mặt trời và không khí được cải thiện bằng cách trồng cây trong một môi trường sống trên Mặt Trăng, thì đất lưu huỳnh có thể có khả năng trồng cây.

Nghiên cứu cho thấy điều này là đúng. Hạt giống của A. thaliana nảy mầm với cùng tốc độ trong vật liệu Apollo như trong đất trên Trái Đất. Nhưng trong khi cây trong đất trên Trái Đất tiếp tục phát triển củ gốc và đưa ra lá, cây mầm Apollo bị giảm kích thước và có sự phát triển rễ kém.

Nhìn chung, nghiên cứu tập trung vào việc kiểm tra cây ở cấp độ gen. Điều này cho phép các nhà khoa học nhận ra những yếu tố môi trường cụ thể nào kích thích phản ứng gen mạnh nhất trước căng thẳng. Họ phát hiện rằng hầu hết phản ứng căng thẳng ở tất cả cây mầm Apollo đến từ muối, kim loại và oxy có tính phản ứng cao (hai yếu tố cuối cùng không phổ biến trong đất trên Trái Đất) trong mẫu lưu huỳnh.

Ba mẫu Apollo bị ảnh hưởng ở mức độ khác nhau, với mẫu Apollo 11 phát triển chậm nhất. Xét về việc thành phố hóa và khoáng chất của ba loại đất Apollo khá tương đồng nhau, và giống với mẫu đất trên Trái Đất, các nhà nghiên cứu nghi ngờ rằng dưỡng chất không phải là lực lượng duy nhất có tác động.

Đất trên Trái Đất, được gọi là JSC-1A, không phải là đất thông thường. Đó là một hỗn hợp khoáng chất được chuẩn bị đặc biệt để mô phỏng bề mặt Mặt Trăng và không chứa chất hữu cơ.

Nguyên liệu khởi đầu là bazan, giống như trong đất lưu huỳnh. Phiên bản trên Trái Đất cũng chứa thủy tinh núi lửa tự nhiên như một biểu tượng cho “các tập đoàn thủy tinh” - các mảnh khoáng chất nhỏ kết hợp với thủy tinh nung chảy - mà nhiều trong đất lưu huỳnh.

Các nhà khoa học nhận diện agglutinates là một trong những nguyên nhân tiềm ẩn gây thiếu sự phát triển của cây mầm trong đất Apollo so với đất trên Trái Đất, cũng như là nguyên nhân khác biệt về mô hình phát triển giữa ba mẫu lunar.

Agglutinates là một đặc điểm phổ biến trên bề mặt Mặt Trăng. Một cách trớ trêu, chúng được hình thành thông qua quá trình được gọi là “làm vườn Mặt Trăng”. Đây là cách mà đất lưu huỳnh thay đổi, thông qua sự tấn công của bức xạ vũ trụ, gió mặt trời và thiên thạch siêu nhỏ, còn được biết đến là thời tiết vũ trụ.

Bởi vì không có không khí để làm chậm lại thiên thạch nhỏ đánh vào bề mặt, chúng va chạm với vận tốc cao, gây ra sự nóng chảy và sau đó là sự làm nguội nhanh chóng tại điểm va chạm.

Dần dần, các tập hợp nhỏ của khoáng chất tích tụ lại, được giữ lại bởi thủy tinh. Chúng cũng chứa các hạt siêu nhỏ của kim loại sắt (sắt nano) được tạo ra bởi quá trình thời tiết vũ trụ.

Chính sắt này là sự khác biệt lớn nhất giữa agglutinates trong mẫu Apollo và thủy tinh núi lửa tự nhiên trong mẫu trên Trái Đất. Đây cũng là nguyên nhân có thể nhất của căng thẳng liên quan đến kim loại được nhận diện trong hồ sơ gen của cây.

Vì vậy, sự hiện diện của agglutinates trong chất dẫn Mặt Trăng khiến cây mầm Apollo khó khăn hơn so với cây mầm được trồng trong JSC-1A, đặc biệt là những cây mầm Apollo-11. Sự phong phú của agglutinates trong mẫu đất lưu huỳnh lunar phụ thuộc vào thời gian mà vật liệu đã ti exposé trên bề mặt, được gọi là “độ chín mùa” của đất lưu huỳnh.

Đất chín mùa rất chín mùa đã ở trên bề mặt trong một khoảng thời gian dài. Chúng được tìm thấy ở những nơi mà đất lưu huỳnh không bị ảnh hưởng bởi các sự kiện tác động gần đây hơn đã tạo ra các hố, trong khi đất chưa chín mùa (từ dưới lòng đất) xuất hiện xung quanh các hố mới và trên độ dốc dốc của hố.

Ba mẫu Apollo có độ chín mùa khác nhau, với vật liệu Apollo 11 là mẫu có độ chín mùa nhất. Nó chứa nhiều sắt nano nhất và thể hiện các chỉ số căng thẳng kim loại cao nhất trong hồ sơ gen của mình.

Sự quan trọng của đất trẻ

Nghiên cứu kết luận rằng đất lưu huỳnh có độ chín mùa cao hơn là một chất cơ bản kém hiệu quả để trồng cây mầm so với đất chưa chín mùa. Điều này là một kết luận quan trọng vì nó chứng minh rằng cây có thể được trồng trong môi trường sống trên Mặt Trăng bằng cách sử dụng đất lưu huỳnh như một nguồn tài nguyên. Nhưng vị trí của khu dân cư nên được hướng dẫn bởi độ chín mùa của đất.

Và một suy nghĩ cuối cùng: tôi nhận thấy rằng các kết quả này cũng có thể áp dụng cho một số khu vực nghèo của thế giới của chúng ta. Tôi không muốn nói lại cuộc tranh luận cũ về “Tại sao phải chi tiêu tất cả số tiền này vào nghiên cứu vũ trụ khi nó có thể được sử dụng tốt hơn cho trường học và bệnh viện?”. Điều đó sẽ là đề tài của một bài viết khác.

Nhưng liệu có các phát triển công nghệ phát sinh từ nghiên cứu này có thể áp dụng trên Trái Đất không? Những gì đã được học về những thay đổi gen liên quan đến căng thẳng có thể được sử dụng để phát triển cây trồng chịu hạn chế hơn đối với hạn hán? Hoặc cây mà có thể chịu được mức kim loại cao hơn?

Bài viết của Monica Grady, Giáo sư Khoa học Vành đai và Vũ trụ, Đại học The Open

Bài viết này được tái xuất bản từ The Conversation dưới giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.