“月球殖民”的一小步：科學(xué)家首次在月球土壤中種出植物

大數(shù)據(jù)文摘轉(zhuǎn)載自學(xué)術(shù)頭條

1969 年，美國(guó)宇航員尼爾·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）成功登陸月球，邁出了“他的一小步”“人類(lèi)的一大步”。

自此以后，盡管人類(lèi)從未再登上月球，但對(duì)殖民月球的向往與探索卻并沒(méi)有停止。

科學(xué)研究證明，人類(lèi)是可以在月球上生存的，因?yàn)樵虑虻闹亓?shí)際上可能比宇航員在國(guó)際空間站體驗(yàn)的微重力更有利于生命。

因此，作為地球唯一的天然衛(wèi)星和離地球最近的天體，月球被認(rèn)為是人類(lèi)第一個(gè)永久外行星殖民地的最佳候選地。

但是，如果想要在月球上實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期殖民的目標(biāo)，人類(lèi)就必須擺脫昂貴的航天補(bǔ)給任務(wù)，具備利用月球本地資源制造出維持生命所需物質(zhì)的能力。

如今，一項(xiàng)最新研究為人類(lèi)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期殖民月球的目標(biāo)提供了新的可能。

來(lái)自美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)（University of Florida）的研究團(tuán)隊(duì)，在月球土壤中種植出了擬南芥植株，證明了植物可以在月球土壤中成功發(fā)芽和生長(zhǎng)。

這是人類(lèi)歷史上的第一次，也是月球探測(cè)和太空探索的里程碑，是未來(lái)在月球或太空任務(wù)期間種植植物和產(chǎn)生氧氣的第一步。

相關(guān)研究論文以“Plants grown in Apollo lunar regolith present stress-associated transcriptomes that inform prospects for lunar exploration”為題，于 5 月 12 日發(fā)表在科學(xué)期刊 Communications Biology 上。

“我們想做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，是因?yàn)槎嗄陙?lái)我們一直在思考這個(gè)問(wèn)題，‘植物能在月球土壤中生長(zhǎng)嗎？’”論文通訊作者之一 Robert Ferl 說(shuō)，“答案是肯定的?！?/span>

月壤長(zhǎng)出了“植物中的果蠅”

擬南芥，又名鼠耳芥、阿拉伯芥、阿拉伯草，與油菜、卷心菜等同為十字花科植物。

擬南芥廣泛分布于歐亞大陸和非洲西北部，在中國(guó)內(nèi)蒙古、陜西、四川、云南等地均有生長(zhǎng)。

擬南芥具有植株較小、繁殖速度快、易于在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)等特點(diǎn)，是全球范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛的模式植物，被譽(yù)為“植物中的果蠅”。

在此次工作中，研究團(tuán)隊(duì)使用的月球土壤來(lái)自阿波羅 11 號(hào)、12 號(hào)和 17 號(hào)月球探測(cè)任務(wù)。

他們將擬南芥植株放置在 12 個(gè)月球土壤樣本中進(jìn)行培養(yǎng)，并對(duì)比了這些植物之間、以及與 16 份在地球火山灰樣本中生長(zhǎng)的擬南芥，是否存在生長(zhǎng)和基因表達(dá)差異（火山灰的顆粒大小和礦物組成與月球土壤類(lèi)似）。

圖｜生長(zhǎng)在月球土壤中的擬南芥（來(lái)源：Communications Biology）

研究結(jié)果表明，雖然擬南芥可以在月球土壤生長(zhǎng)，但與在地球火山灰中的生長(zhǎng)情況相比，生長(zhǎng)速度較慢，需要更長(zhǎng)時(shí)間展葉，會(huì)表現(xiàn)出更多的應(yīng)激跡象（生長(zhǎng)受阻，含有發(fā)紅的黑色素），尤其是那些更多暴露于月球表面的土壤。

圖｜第 16 天，火山灰中的植物（左）和月球土壤中的植物（右）有了明顯的生理差異（來(lái)源：Communications Biology）

另外，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)三株較小、顏色較暗淡的植株進(jìn)行的遺傳分析表明，這些植株有超過(guò) 1000 個(gè)基因（大多與應(yīng)激有關(guān)）的表達(dá)水平與火山灰中植株不同。

圖｜研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中操作月球土壤（來(lái)源：Communications Biology）

此外，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，阿波羅 11 號(hào)采集樣本中生長(zhǎng)的植株，長(zhǎng)勢(shì)弱于阿波羅 12 號(hào)和 17 號(hào)樣本中植株，與火山灰中植株相比表達(dá)了更多不同水平的基因。

阿波羅 11、12 和 17 號(hào)收集樣本中的植株分別表達(dá)了 465、265 和 113 個(gè)不同水平的基因。這些基因中 71% 與鹽分、金屬和含活性氧分子造成的應(yīng)激有關(guān)。

研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)，宇宙射線(xiàn)和太陽(yáng)風(fēng)破壞了月球土壤，而且這些土壤中含有微小的鐵顆粒，或誘發(fā)植物的應(yīng)激反應(yīng)，損害其發(fā)育。

未來(lái)，為了讓植物能在月球土壤中更有效地生長(zhǎng)，研究團(tuán)隊(duì)還需要進(jìn)一步研究植物和月壤的相互作用。

沖向月球

月球殖民，是一種人類(lèi)永久居住在月球的構(gòu)想。

著名的科幻小說(shuō)作家 Arthur Clarke 于 1954 年就曾經(jīng)提出人類(lèi)在月球上建立基地，并使用充氣組件包覆月球基地以阻絕月塵進(jìn)入的構(gòu)想。

人類(lèi)在地球以外的天體殖民，常是科幻小說(shuō)的主題之一。

圖｜1986 年，藝術(shù)家描繪設(shè)想的月球基地（來(lái)源：維基百科）

隨著地球上的人口增加與科技的日益進(jìn)步，“太空殖民”這一話(huà)題被人類(lèi)越來(lái)越多地拿來(lái)討論。

月球是距離地球最近的天體，被科學(xué)家們視為第一個(gè)永久的外行星殖民地的最佳的候選地。

但是，目前阻礙殖民地發(fā)展的主要問(wèn)題是航天成本太高。

在天然天體上建立殖民地，需要豐富的原料來(lái)提供建筑與其他用途（比如隔絕輻射線(xiàn)）所需，從月球運(yùn)送物質(zhì)所需的能量要比從地球運(yùn)送所需的能量要少。

因此，月球非常合適用于太空船能量及燃料補(bǔ)給。

論文通訊作者之一 Robert Ferl 表示，未來(lái)人類(lèi)要完成更長(zhǎng)時(shí)間的太空任務(wù)，把月球作為一個(gè)中心或****臺(tái)，利用月球上已經(jīng)存在的土壤來(lái)種植植物是一種很合理的選擇。

參考資料：
https://www.nature.com/articles/s42003-022-03334-8
https://en.wikipedia.org/wiki/Arabidopsis_thaliana
https://en.wikipedia.org/wiki/Colonization_of_the_Moon