在阿提米絲計畫(Artemis program)預期要在幾年內送人類回到月球上時,將會有相當大量的後勤工作需要解決,來讓如此脆弱的生命在如此嚴峻的環境下存活。

月球農場的想法

最重要的就是食物的問題。雖然至目前為止,參與國際太空站(International Space Station,ISS)的太空機構,在提供事先包裝好的糧食上非常有經驗;但是,有管道獲取新鮮食物也有益處,這包括維持物理與心理健康。

如果月球土壤被證實是能種植新鮮作物的溫和媒介的話,那就太棒了。因此,一群科學家團隊,使用了在阿波羅任務(Apollo missions)期間所收集的幾克珍貴實際月球樣本,來嘗試種植植物。具體來說,此植物為阿拉伯芥(thale cress,學名 Arabidopsis thaliana)。

佛羅里達大學(University of Florida)的園藝科學家羅勃·費爾教授(Rob Ferl) 說:「為了未來更長的太空任務,我們可以使用月球作為中心或是踏腳石。很合理的是,我們會想要用那裡的土壤來種植植物。所以,當你在月球土壤中種植植物時會發生什麼事?畢竟那可完全不是植物演化史上的環境。植物在月球的溫室中會怎麼生長?我們可能會在月球上有農夫嗎?」

以下劇透:月球塵土,也稱作月球表岩屑(regolith),在種植植物並不是那麼的好。不過,這項研究僅僅是踏出第一步,希望有一天,在刺激的科幻未來中,能夠在月球上種植植物。

實驗設計

目前在地球上的月球樣本材料的量相當小,因此非常珍貴且具有高度價值。費爾教授與他的同事們,同大學的園藝科學家安娜麗莎·保羅教授(Anna-Lisa Paul)以及地理學家史蒂芬·埃拉多教授(Stephen Elardo),在經過 11 年的三次申請後,才獲得了這珍貴的 12 克土壤。

這就需要一個非常小、非常緊湊的實驗-一個阿拉伯芥的迷你花園。他們小心地將它們的土壤樣本分配至 12 個頂針大小的罐中,而罐中還加入了營養液以及幾顆種子。

控制組的種子也被種在來自極端環境的地球土壤、以及土壤模擬物(一種地球的材料,用來模擬外星球的土壤)中。為了這項實驗,團隊使用了一種火星土壤模擬物、以及一種稱作 JSC-1A 的月球模擬物。這很重要,因為過去的實驗顯示,植物在這兩種模擬物中都能長得很好,但是微妙差異可能表示說,真實的東西是完全不同的故事。

實驗結果

實際上似乎確實如此。讓研究人員們驚訝的是,幾乎所有種植在月球樣本中的種子都發芽了,但從那起事情產生了轉變。比起生長在月球模擬物中的植物,這些幼苗並沒有長得很快樂,似乎反而更小株、長得更慢,且大小上差異更多。而當研究團隊萃取植物來進行遺傳分析時,他們找到為什麼了。

保羅教授說:「在遺傳層面上,植物們使出了通常用來應付像是鹽分、金屬或氧化壓力等壓力源的工具。所以,我們可以推論出,植物察覺到月球的土壤環境是有壓力的。最終,我們想要使用基因表現數據來傳達,我們能如何改善壓力反應到某個層面,而在此層面下的植物(特別是作物),能夠在最不影響他們健康的情形下,在月球土壤中成長。」

研究人員所使用的月球樣本分別是由阿波羅任務 11、12 以及 17 收集而來,來自月球上的三個不同地區、不同地表下深度。

有趣的是,這似乎與植物對土壤反應有多好有所影響。對那些種植於來自阿波羅 11 號任務、最靠近月球表面的土壤中的植物而言,它們情況更糟,有一株植物甚至死掉。這是月球表岩屑層中,暴露最多於宇宙射線與太陽風中的,因此摧殘了它們。

相比之下,種植於暴露較少的土壤中的種子顯著地表現較好,雖然結果仍然沒有像種植在地球火山灰中的植物來得好。這項資訊能夠幫助科學家理解出,要如何最佳地在月球上種植出植物,以及研發出方法,來讓月球土壤對植物更友善。

未來方向

雖然,我們還沒有真的達到那步。在我們可以考慮使用月球土壤來種植作物前,必須要接著研究,將用來讓植物生長的月球土壤特徵化與最佳化。但是現在,科學家們至少更清楚了解他們正努力研究中的是什麼,以及下一步該怎麼做。

費爾教授說:「我們想要做這個實驗,因為多年來,我們都在問這個問題:植物會在月球土壤中生長嗎?最終的答案是:是的,會的。」

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參考資料:

  1. Starr, M., (2022, May 13). For The First Time, Scientists Have Grown Plants in Moon Dirt. It Didn’t Go Great. ScienceAlert
  2. Paul, A.-L. et al., (2022, May 12). Plants grown in Apollo lunar regolith present stress-associated transcriptomes that inform prospects for lunar exploration. Communications Biology. doi.org/10.1038/s42003-022-03334-8
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/for-the-first-time-scientists-have-grown-plants-in-moon-dirt-it-didn-t-go-great(圖:Tyler Jones, UF/IFAS)
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