Лунный грунт менее благоприятен для растений, чем вулканический пепел

Освоение Луны рано или поздно поставит вопрос о выращивании растений в почве на основе лунного грунта. Исследователи из Университета штата Флорида (США) проверили, как чувствуют себя растения, растущие в реголите.

В 12 образцах грунта, собранных во время лунных миссий «Аполлон-11», «Аполлон-12» и «Аполлон-17», прорастили семена резуховидки Таля, или арабидопсиса (Arabidopsis thaliana) — это растение широко используется как модельный объект в биологических исследованиях. Эксперимент проводили в 48-луночном планшете, что позволяло использовать небольшие количества реголита (900 мг). Семена помещали на поверхность грунта, освещали и снабжали водой.

Поскольку разные миссии брали образцы из различных слоев лунного грунта, они были неодинаковыми. Образцы, доставленные «Аполлона-11» находились на поверхности Луны дольше, чем другие, и в большей степени подвергались действию космических лучей и солнечного ветра. Образцы, доставленные «Аполлоном-17», напротив, представляют собой незрелый реголит, который мало экспонировался на поверхности Луны.

Исследователи сравнили показатели роста и экспрессию генов в ростках арабидопсиса, выращенных в 12 образцах реголита и в 16 образцах вулканического пепла с Земли, аналогичного лунному грунту по размеру частиц и минеральному составу (Orbitec JSC-1A Lunar).

Семена проросли во всех образцах, однако в лунной почве растения развивались медленнее, их корни были более слабыми, чем у контрольных растений. Некоторые растения, выращенные в лунном грунте, почти не отличались по форме и цвету от выращенных в вулканическом пепле, тогда как другие выглядели чахлыми и содержали повышенное количество красновато-черных пигментов — признак стресса.

Транскриптомный анализ провели после 20-го дня культивирования. У растений, выращенных в образцах с «Аполлона-11», «Аполлона-12» и «Апполона-17», обнаружили дифференциально экспрессирующиеся гены по сравнению с контролем — 465, 265 и 113 гена соответственно. Во всех случаях среди них были гены, связанные с ответом на сильный стресс, причем 71% этих генов ассоциирован с реакциями, которые на Земле у растений вызывают соли, металлы и активные формы кислорода.

У трех наиболее сильно угнетенных и пигментированных «лунных» сеянцев по сравнению с растениями, выращенными в вулканическом пепле, отличались уровни экспрессии более 1300 генов, преимущественно связанных со стрессом. Стоит отметить, что растения, выращенные в образцах с «Аполлона-11», развивались медленнее, чем другие растения в лунном грунте, и у них сильнее изменились паттерны экспрессии.

Эти данные говорят о том, что лунный реголит можно использовать как основу для плодородной почвы, однако он хуже поддерживает рост растений, чем вулканический пепел. Авторы статьи отмечают, что реголит содержит нанофазное железо, которое в кислородной атмосфере превратится в оксид. При взаимодействии микропористых зерен грунта с водой ионы переходят в раствор. Увеличение содержания нанофазного железа и уменьшение размера зерен — отличительные черты зрелого лунного реголита, и это объясняет, почему он менее благоприятен для растений.

 Сбор урожая. Credit: UF/IFAS photo by Tyler Jones