用月球土壤种出地球植物“小草迈出了一大步”(组图)

科学家们第一次用来自月球的土壤种出了地球植物。这是实现在月球上长期停留的重要一步。实验结果在《自然》下的《通信生物学》刊物上发表。

美国佛罗里达大学生物技术研究跨学科中心研究团队的这项成功意味着可能性和希望,用地球植物为人类太空探索计划提供支持。

“植物可以在月壤中生长。这个简单的声明意义巨大。它为未来利用月球和可能的火星上的资源进行探索打开了大门,”该中心主任、园艺学教授安娜-丽莎·保罗(Anna-Lisa Paul )说。

研究人员5月12日宣布,他们在 12 个顶针大小、装有一克月壤的小容器中种植了一种名为拟南芥的小型开花杂草的种子,两天后发芽。

月壤是月球表面的风化层物质,颗粒尖锐,缺乏有机物质,与地球土壤有很大差异。

地球植物可以帮助人类在月球和火星上建立持久的基地,为长时间离开地球进行太空探索提供生命支持。

了不起的小草

这些小小的绿色杂草能够在月壤中生长,是一项了不起的成就,意味着在月球上种植地球食物、清洁空气、利用植物方式回收水,都有可能。

美国国家宇航局(NASA)局长比尔·尼尔森(Bill Nelson)说:“这项研究对美国宇航局的长期人类探索目标至关重要,因为我们需要利用月球和火星上的资源为未来在深空生活和作业的宇航员开发食物来源。”

他还说,这项研究“也是美国宇航局如何努力解锁农业创新的一个重要例子,这些创新可以帮助我们了解植物如何克服地球上粮食短缺地区存在的困难局面。”

研究人员面临的一个问题是,没有太多的月球土壤可供试验。从 1969 - 1972 年 的三年时间里,NASA阿波罗 11 号、阿波罗 12 号和阿波罗 17 号从月球表面风化层收集了 382 公斤(842 磅)的月球岩石、核心样本、鹅卵石、沙子和尘埃。

NASA 提供的 12 克(仅几茶匙)月壤就是其中一部分。

研究人员在 12 个用营养液润湿的容器中埋下三、四粒种子,然后将它们放在大约 73 华氏度(23 摄氏度)的实验室中,置于发出粉红色光线的 LED 灯下。

二、三天后,每颗种子都发芽了。生长前期,种在月壤中的植株与用作对比的地球火山灰中的植株外观没有什么差异;月壤和地球火山灰具有相似的矿物成分和粒度。

经过大约一周的生长后,研究人员在每个容器中保留一株植物,其他全部取出。留在容器中的那一株长到20天后取其叶子评估基因活性。

大约六周后,差异开始明显:月壤中的植株生长较慢,较小,根部发育不良,叶子较小,呈深红黑色等,这些都不是健康生长的典型特征。

还发现了一种显示压力、紧张的基因活动,类似于植物对盐、金属和氧化的反应。

保罗解释说,这说明种植在月壤中的种子需要更努力地新陈代谢。

也就是说,月球表面长时间暴露于宇宙射线和太阳风的风化层月壤并不太适合植物生长。

为什么用拟南芥?

拟南芥,又称阿拉伯芥、阿拉伯草,是一种生命周期相对较短的冬季一年生被子植物,原生于欧亚大陆及非洲,常见于野外和路边,属于多细胞真河生物但基因组相对较小。植物学家和生物学家20世纪初开始研究拟南芥,1945年前后首次对其突变体进行了系统描述。

2000年,拟南芥成为第一个基因组被完整测序的植物。因为植株小,生存周期短,适合在实验室的有限空间内培养,单株植物能收获数千粒种子,自花传粉机制有利于遗传实验,使这种杂草成为植物生物学和遗传学研究人员的青睐选择。

它现在是植物生物和遗传学研究领域的主要模式生物(model organism),在实验室的角色好比小白鼠和果蝇,广泛用于植物科学,包括遗传学,进化,种群遗传学和植物发育研究,通过根瘤农杆菌把DNA转化进拟南芥基因组已是常规操作。

拟南荠曾被用于太空轨道试验。

2022年将会是探月工程重要的一年。

大计划中的一个环节

MASA 阿提米丝计划的目标是宇航员再次登上月球,时间定在 2025 年,比原计划推迟了一年。

如果一切按计划顺利推进,届时阿提米斯 3 号将把宇航员送上月球,其中包括一名女宇航员和一名少数族裔宇航员。那将是继1972 年的阿波罗 17 号登月后的首次载人登月计划。

但终极目标是火星。阿提米斯计划中的“门户”(Gateway)项目就是为人类深入外太空探索提供一个中间站。

中佛罗里达大学汉娜·萨金博士(Dr Hannah Sargeant)说,用机器人登月是第一步,“下一步将是建月球空间站、月球基地,最后是载人登陆火星”。

她说,不少月球任务会致力于调查月球的环境,了解如何保护航天人员和航天器免受月球粉尘和强烈太阳风等危险的威胁,也提供测试一些用来制造水等资源的原型工具和实验的机会。

“我们希望在进行载人任务,让航天员依赖它们制造的资源前,先确保这些机械的运作正常”,她说,“最终,这些资源可能可以用作生产前往火星的燃料”。

“月球也是一个试验场,测试一些最终希望能够用在红色星球上的技术。月球与我们的距离较近,路程只要三天,而非火星,至少要花六个月才能到达。”

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