科學(xué)家首次成功用月壤種出植物

Takeko

在太空時(shí)代早期，多項(xiàng)阿波羅任務(wù)曾將月球表面的樣本，也就是月壤帶回地球，送進(jìn)實(shí)驗(yàn)室利用最先進(jìn)的設(shè)備進(jìn)行研究。

幾十年過去了，這些樣本中的3個(gè)已經(jīng)被用來成功種植出了植物。在一項(xiàng)最新的研究中，科學(xué)家首次利用月壤種植出了耐寒且得以廣泛研究的擬南芥。

雖然這不是科學(xué)家第一次嘗試在月壤中種植植物，但卻是第一次證明了月壤究竟為什么很難讓植物茁壯成長(zhǎng)。研究人員在基因?qū)用嬖敿?xì)檢查并研究了這些植物，從而找出哪些不利的土壤環(huán)境因素可能對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生了影響。

如果有朝一日，我們需要對(duì)月球或火星這些宇宙近鄰進(jìn)行長(zhǎng)期探索，甚至進(jìn)行移民，在地外環(huán)境中種植植物是繞不開的問題之一。

干燥貧瘠的月壤

植物生長(zhǎng)并沒有那么容易，充足的陽(yáng)光與溫柔的雨露缺一不可。在野外，還需要忙碌的蜜蜂和蝴蝶為植物授粉，更重要的是，還需要條件良好、肥沃的土壤來提供必要的礦物質(zhì)。

遺憾的是，在月球上這一切都不存在。月壤和地球上的土壤也是天差地別。首先，月壤不包含地球土壤所特有的那些有機(jī)物質(zhì)，比如蠕蟲、細(xì)菌，還有腐爛的植物物質(zhì)。月壤也沒有地球土壤中足夠的水量。

然而，兩者的相似之處在于，月壤是由與地球土壤相同的礦物質(zhì)組成的。因此，假如在未來的人類月球基地內(nèi)，水、陽(yáng)光和空氣缺乏等問題都得以解決，那么月壤就應(yīng)該有潛力用于種植植物。

研究表明，情況確實(shí)如此。在實(shí)驗(yàn)中，擬南芥的種子在阿波羅月壤樣本中發(fā)芽的速度，與在地球土壤中發(fā)芽的速度相同。但是，研究團(tuán)隊(duì)注意到，當(dāng)?shù)厍蛲寥乐械闹参锢^續(xù)發(fā)育根和莖，并長(zhǎng)出葉子時(shí)，阿波羅樣本中的幼苗卻出現(xiàn)發(fā)育不良的情況，根部狀態(tài)糟糕。

更有意思的是，3份阿波羅樣本中的植物分別受到了不同程度的影響，其中，阿波羅11號(hào)樣本的生長(zhǎng)速度最慢。

雖然這3份樣本來自不同的阿波羅任務(wù)，但其中月壤的化學(xué)和礦物學(xué)成分相當(dāng)相似。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中用到的這份被稱為JSC1A的地球土壤，也并不是普通土壤。不過，這4份樣本在化學(xué)和礦物學(xué)成分上并無太多差別。研究人員懷疑，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的因素并不是唯一起作用的力量。

基因?qū)用娴恼{(diào)查

在植物生長(zhǎng)約20天后，團(tuán)隊(duì)收取了這些植物，并將它們磨碎，對(duì)其中的遺傳物質(zhì)進(jìn)行了研究，這也是研究中的關(guān)鍵步驟，它揭示出了植物生長(zhǎng)的更多細(xì)節(jié)。

研究發(fā)現(xiàn)，所有阿波羅樣本幼苗中的大部分對(duì)不利于植物生長(zhǎng)的環(huán)境的最強(qiáng)烈的遺傳反應(yīng)，來自月球樣本中的鹽、金屬和高活性的氧，后兩者在地球土壤中并不常見。

科學(xué)家認(rèn)為，問題的關(guān)鍵應(yīng)該就在粘合集塊巖上，它是阿波羅月壤中的幼苗與地球土壤中的相比生長(zhǎng)不良的潛在原因之一，也是3種月球樣本之間生長(zhǎng)模式產(chǎn)生差異的原因。

粘合集塊巖是月球表面的一種常見特征，由一個(gè)被稱為“月球園藝”的過程形成。這是一種通過宇宙輻射、太陽(yáng)風(fēng)和微小隕石對(duì)月球表面的轟擊，也就是空間風(fēng)化過程改變?cè)氯佬再|(zhì)的方式。

由于沒有大氣來減緩微隕石的撞擊，這些隕石會(huì)以極高的速度撞上月球表面，導(dǎo)致熔化，然后在撞擊處快速冷卻。漸漸的，小型的集料積少成多，并被玻璃固定在一起。其中還含有空間風(fēng)化過程中形成的金屬鐵（納米鐵）的微小顆粒。這種納米相的鐵，形成了阿波羅樣品中的玻璃質(zhì)粘合集塊巖，正是月壤中粘合集塊巖的存在，使得阿波羅樣本中的幼苗，特別是阿波羅11號(hào)幼苗的生長(zhǎng)倍加吃力。

月壤中粘合集塊巖的豐度取決于材料暴露在月球表面的時(shí)間長(zhǎng)度，這也被稱為月壤的成熟度。成熟度非常高的月壤已經(jīng)在表面存在了很長(zhǎng)時(shí)間，它們出現(xiàn)在那些沒有被最近的撞擊事件擾亂的地方，而成熟度低的月壤（來自月球表面之下）則出現(xiàn)在新的撞擊坑周圍和陡峭的撞擊坑斜坡上。

選擇合適的土壤

研究總結(jié)認(rèn)為，與成熟度高的月壤相比，更不成熟的月壤才是幼苗生長(zhǎng)的有效基質(zhì)。這至關(guān)重要，因?yàn)樗砻?，植物的確有機(jī)會(huì)以月壤為資源進(jìn)行生長(zhǎng)，但具體取樣位置的選擇還要以土壤的成熟度作為重要指標(biāo)。