Моника Грейди, известный британский специалист в космической сфере, специализирующаяся на метеоритах, и профессор планетарно-космических в Открытом университете Великобритании, рассказала об американском исследовании пригодности лунного грунта (реголита) для взращивания земных растений. Источник: The Conversation.
Что нужно для роста обычного сада? Кроме обильного солнечного освещения, периодического дождевания, а также прилета насекомых-опылителей (пчелы, бабочки), необходима также качественная почва, обеспечивающая растения необходимыми минералами. Представьте себе ситуацию, когда у вас нет даже более-менее пригодной почвы, полностью отсутствуют дожди и совершенно нет насекомых. А доступный солнечный свет слишком интенсивный и прямонаправленный, либо его нет совсем, что вызывает в грунте отрицательные температуры.
Могут ли в такой среде расти растения, и если да, то какие? Это вопрос, который предстоит решить колонистам Луны (и Марса), если (или когда) возобновятся высадки космонавтов на планетарных соседях Земли. Проведенное Университетом Флориды (США) исследование, опубликованное в Communications Biology, позволило получить некоторые ответы.
Ученые, стоящие за исследованием, попытались вырастить Arabidopsis thaliana (прим. Инфосми: быстрорастущее растение резуховидка Таля, регулярно использующееся в космических исследованиях, в т.ч. на советской станции «Салют-7») в образцах реголита (почвы Луны), доставленных из трех различных мест с поверхности естественного земного спутника астронавтами программы «Аполлон».
Сухая и бесплодная почва
Это не первая попытка взрастить земные растения в лунном грунте, но это первая демонстрация того, почему они не растут.
Отличия реголита от земных грунтов очень значительны. Во-первых, в нем нет никаких органических веществ (каких-либо бактерий, земляных червей, растительных остатков), обычных для земной почвы. В нем также нет ни капли воды.
Но в лунном грунте имеются все те же минералы, что присутствуют в земных почвах. И в теории, если удастся компенсировать нехватку воды, смягчить солнечный свет и создать изолированную воздушную атмосферу на поверхности Луны, то тогда реголит может иметь потенциал для выращивания земной растительности.
Американское исследование показало, что возможность выращивать земные растения на Луне существует. Семена A. thaliana прорастали в добытом «Аполлонами» реголите с той же скоростью, что и в земной почве. Но если растения после высадки в земную почву продолжили бы развивать корни и отращивать листья, то высеянные в реголит растения оказались низкорослыми, с плохо развитыми корнями.
Основной целью исследования являлось изучение генетики выращенных на реголите растений. Это позволило ученым Университета Флориды определить, какие именно стрессовые факторы, присутствующие в окружающей среде, становятся причиной наиболее масштабных генетических реакций. Они обнаружили, что наибольший стресс у всех саженцев в лунном грунте был вызван солями, металлами и кислородом, имеющими высокую реакционную способность.
Выращиваемые в трех различных образцах грунта с «Аполлонов» растения получили разную степень урона, причем в реголите, доставленном «Аполлоном-11», семена A. thaliana росли медленнее всего (см. изображение ниже). Исходя из схожести химико-минералогического состава в трех образцах реголита, а также состава подобранной для исследования земной почвы, исследователи предположили, что питательные вещества были не единственной движущей силой.
Что примечательно, образец с земным грунтом, названный JSC1А, даже не являлся обычной почвой. Он представлял собой приготовленную специально минеральную смесь без органических веществ, должную имитировать лунный грунт.
Исходным материалом, как и в реголите, был базальт. В земную имитацию лунного грунта также поместили вулканическое стекло природного происхождения, которое должно было изобразить «стекловидные агглютинаты» — мельчайшие минеральные фрагменты, смешанные с расплавленным стеклом, которых много в реголите.
Агглютинатная помеха
Эти минеральные компоненты признаны американскими учеными одной из потенциальных причин отсутствия развития резуховидки в лунном реголите, по сравнению с подобранным «земным» грунтом, а также выявленной неодинаковостью роста одного и того же растения в трех различных образцах лунной почвы.
Агглютинаты – обычный элемент на поверхности Луны. Звучит иронично, но причиной их образования является процесс, определяемый в научном мире как «лунное садоводство». Именно этим объясняются изменения реголита под воздействием на Луну космического излучения, солнечного ветра и микрометеоритов. Также это называется космическим выветриванием.
Поскольку атмосферы у Луны не имеется, то замедлить скорость падения на нее крошечных метеоритов ничто не может. Эти микрометеориты врезаются в реголит на огромных скоростях, отчего грунт в месте их падения расплавляется, а затем гасится (быстро охлаждается).
В результате формируются мелкие агрегаты из минералов, спаянных вместе стеклом. В них, помимо прочего, содержатся микрочастицы нанофазного металлического железа, образующиеся в следствии космического выветривания.
Это металлическое железо отличает стеклообразных частицы из образцов лунной программы «Аполлон» от природного вулканического стекла в подготовленном учеными земном грунте. И наиболее вероятно, что именно микрочастицы железа являются причиной стресса, связанного с металлами, что были выявлены в генетических профилях выращиваемого растения.
Именно содержания в лунных субстратах агглютинатов вынуждало ростки в реголите, особенно в образце с «Аполлона-11», более интенсивно бороться за выживание, по сравнению с растениями, растущими в «земном» JSC1А. Содержание агглютинатов в образце реголите Луны зависит от продолжительности времени, в течение которого этот образец находился на лунной поверхности. Этому явлению дано название «зрелость» реголита.
Наиболее зрелые грунты находились на лунной поверхности долгое время. Они встречаются в местах, где отложения реголита не были нарушены более поздними ударными событиями, сформировавшими кратерные воронки, в то время как незрелые почвы (находятся под лунной поверхностью) можно найти вокруг недавно образовавшихся кратеров либо на крутых склонах крупных кратерных воронок.
У задействованных в исследовании образцов реголита была неодинаковая зрелость, при этом доставленный «Аполлоном-11» грунт был наиболее зрелым. В нем отмечено наибольшее содержание нанофазного железа, из-за чего образец реголита показал наиболее высокие маркеры стресса, связанные с этим металлом, после анализа генетического профиля растений, выращиваемых в нем.
Американское исследование позволило сделать вывод, что эффективность лунного субстрата для выращивания земной рассады напрямую зависит от зрелости грунта – чем она выше, тем меньше шансов что-либо вырастить в этом лунном реголите. Это важный вывод, поскольку он утверждает допустимость выращивания растений в лунных средах обитания при использовании грунта с поверхности Луны в качестве ресурса. Но при этом выбирать место извлечения реголита под рассаду следует так, чтобы он был наименее зрелым.