دانشمندان برای نخستین بار در خاک ماه گیاه پرورش دادند - وبلاگ تور کیش

به گزارش وبلاگ تور کیش، به عنوان یکی از نیازهای سفر به جهان های دیگر، دانشمندان پیروز شدند برای نخستین بار در خاک ماه گیاه پرورش دهند.

رشد گیاهان در فضا مزایای زیادی دارد. چون گیاهان آب را بازیافت می کنند، می توانند به سالم بودن جو کمک کنند و همچنین باعث تنوع در رژیم غذایی می شوند. در حالی که می توان آن ها را به صورت هیدروپونیک پرورش داد، اما این فرآیند به اندازه بسکمک آب نیاز دارد که ممکن است دردسترس نباشد. بنابراین برای مأموریت هایی که روی اجرامی مانند ماه یا مریخ فرود می آیند، رشد گیاهان در خاک محلی احتمالا راه حل بهتری خواهد بود.

اما خاک های محلی روی این اجرام فضایی، شبیه خاک هایی که روی زمین می یابیم، که ترکیبی پیچیده از مواد معدنی، ترکیبات آلی و حیات میکروبی دارند، نیستند. پس آیا گیاهان می توانند با این تفاوت ها سازگار شوند؟

این همان پرسشی است که گروهی از محققان دانشگاه فلوریدا شامل آنا-لیزا پل (Anna-Lisa Paul)، استفان الاردو (Stephen Elardo) و رابرت فرل (Robert Ferl) تصمیم گرفتند به این موضوع پی ببرند و برای این کار از موادی بسیار کمیاب استفاده کردند: خاک ماه که از طریق مأموریت های آپولو به زمین آورده شده است.

استفاده از خاک ماه

خاک ماه به شکلی به نام رگولیت (Regolith) یا سنگ پوشه وجود دارد که اساسا ماده ای سست و غبارآلود است که در اثر بمباران مداوم سنگ های ماه از طریق ریزشهاب سنگ ها ایجاد می شود. هنگامی که اولین نمونه ها در دوران آپولو به زمین بازگردانده شد، مطالعات بر روی برهم کنش این مواد سنگی با موجودات زنده بر ترس از عوامل بیماری زا متمرکز شد که ممکن بود خطری برای حیات روی زمین باشند. در نتیجه، گیاهان و دانه ها برای مدت کوتاهی در معرض خاک ماه قرار گرفتند و سپس آزمایش شدند تا ببینند آیا این قرار گرفتن در معرض خاک ماه، رشد آن ها را تغییر می دهد یا خیر. اما تا کنون هیچ تلاشی برای رشد چیزی در خاک ماه انجام نشده بود.

از آن زمان ناسا ماده ای زمینی به نام JSC-1A را ساخته است که برای شبیه سازی خاک ماه استفاده می شود. اما این ماده تفاوت های قابل توجهی با خاک واقعی ماه دارد که شامل تفاوت های شیمیایی می شود. خاک ماه دارای مقادیر بالاتری از تیتانیوم و همچنین برخی مواد معدنی کمیاب نسبت به JSC-1A است. محیط اکسیدکننده زمین همچنین تفاوت هایی را در شرایط شیمیایی برخی از فلزات موجود، از جمله آهن به عنوان جزء کلیدی بسکمک از آنزیم ها، مانند آنزیم های مؤثر در فتوسنتز، ایجاد می کند.

در نهایت، برخی از تفاوت های فیزیکی هم بین این مواد و خاک ماه وجود دارد. ذوب و سرد شدن سریع ناشی از برخورد ریزشهاب سنگ بر سنگ پوشه باعث ایجاد کره های کوچکی از مواد شیشه ای می شود. هرچند JSC-1A برای تقریب این فرآیند از شیشه های آتشفشانی استفاده می کند، اما هنوز تفاوت های فیزیکی میان آن ها وجود دارد.

بنابراین محققان تصمیم گرفتند با چیزی واقعی کار کنند و از JSC-1A به عنوان نمونه های کنترل آزمایش استفاده کنند. با کمک کارکنان مرکز فضایی جانسون، آن ها سه نمونه ماه مختلف را که از طریق آپولو 11، آپولو 12 و آپولو 17 بازگردانده شده بود، در اختیار گرفتند. نمونه ها همگی از مناطقی با منشأ آتشفشانی اما از نظر سنی متفاوت انتخاب شدند. بر این اساس مواد آپولو 11 در معرض طولانی ترین و مواد بازگردانده شده در آپولو 17 در معرض کوتاه ترین فعالیت های آتشفشانی بوده اند.

رشد و استرس

با توجه به اندازه اندک نمونه های سنگ پوشه ماه، محققان سیستمی ساختند که در آن چاهک های کوچک نمونه با 900 میلی گرم خاک پر شده و از زیر با آب تغذیه می شد. محققان آرابیدوپسیس (Arabidopsis)، یا رشادی را به عنوان گیاه آزمایشی انتخاب کردند که یک گیاه گل دار کوچک مشابه خردل و از خانواده شب بویان است که تا کنون در تحقیقات زیست شناسی استفاده شده است. استفاده از یک گیاه کاملا شناخته شده به پژوهشگران امکان داد ژن های فعال در مواد مختلف را ردیابی کنند.

حدود یک هفته پس از قرار دادن بذرها در خاک، آن ها مطابق فرایند عادی جوانه زدند، بنابراین تفاوت در خاک به اندازه کافی قابل توجه نبود که در این فرآیند دخالت کند. چندین روز پس از آن، محققان به جز یکی بقیه گیاهان را از هر چاه نمونه خارج کردند و ریشه های در حال رشد آن ها را در مقایسه با نهال های رشد کرده در JSC-1A بررسی کردند.

به طور میانه، رشد در تمام خاک های ماه کندتر و نامنظم تر از رشد در JSC-1A بود. باز شدن برگ ها بیشتر طول کشید، آن ها به قطر کمتری رسیدند، بلند رشد نکردند و رنگدانه آن ها هم تغییر کرده بود. اما این فنوتیپ ها (رُخ کردها) یا ویژگی های قابل مشاهده، متغیر بودند. برخی از گیاهان رشد کرده در خاک ماه، به وضوح معیوب بودند، در حالی که برخی دیگر طبیعی، البته کمی کوچک تر به نظر می رسیدند. مسائل به طور کلی با سن سنگ پوشه مرتبط بود و گیاهان در نمونه آپولو 17 (جوان ترین نمونه) بهترین عملکرد را داشتند.

پژوهشگران دریافتند گیاهانی که در خاک ماه رشد می کنند، بسکمک از ژن های مرتبط با پاسخ های استرس را فعال می کنند، از جمله ژن هایی که با کمبود فسفات، سمیت فلزات و مسائل اکسیژن واکنشی (به دلیل تفاوت های آهن بین خاک ها) مرتبطند. این ژن ها بیش از 70 درصد از ژن هایی را تشکیل می دهند که در مقایسه با گیاهان رشد کرده در JSC-1A فعال شده اند و بقیه بیشتر با متابولیسم مواد مغذی مرتبط بودند.

محققان همچنین گیاهان را به سه دسته معیوب، کوچک و تقریبا معمولی تقسیم کردند. دو گروه آخر تنها 100 تا 150 ژن تغییر یافته در مقایسه با گروه کنترلی JSC-1A داشتند که بیشتر ژن ها در پاسخ به خشکی و تنش شوری دخیل بودند. اما نمونه های کوچک بیش از 1000 ژن را با سطوح فعالیت متفاوت شامل می شدند.

نتیجه گیری آزمایش

چند راه برای بررسی این نتایج وجود دارد. نخست اینکه مطالعه اجرا شده، نشان دهنده یک آزمون استرس جدی است. در حالی که نمونه ها با استفاده از یک محلول غذایی آبکمک می شدند، این محلول همانطور که بود در سنگ پوشه ماه ریخته می شد؛ بدون مخلوط شدن با مواد آلی و بدون رشد میکروبی که بتواند برخی از سموم فلزی را پیش از تماس با گیاهان، جدا کند. بنابراین ساختار آزمایش کارها را سخت تر از آنچه لازم بود کرد.

از طرف دیگر، هر چیزی که می تواند خاک ماه را برای رشد گیاهان بهتر آماده کند، به زمان و جرم نیاز دارد، دو موردی که ممکن است در مأموریت های فضایی بسیار کم باشد. از این زاویه، تصمیم به استفاده از خاک ماه آن چنان که به نظر می رسد باعث صرفه جویی در جرم نمی شود و این یکی از مزایای آن را کاهش می دهد.

این آزمایش نشان می دهد که چند درمان شیمیایی ممکن است به شسته شدن برخی از فلزات سنگین و تبدیل آهن به حالت اکسیداسیون بیشتر شبیه به حالتی که در خاک های معمولی زمین دیده می شود، کمک کند. اما واضح است که در حالی که برخی از گیاهان می توانند شرایط سخت تولید شده از طریق سنگ پوشه را تحمل کنند، اما این فرایند مناسب برای آن ها نیست. این بدان معناست که احتمالا نمی توانیم انتظار داشته باشیم که از این سیستم برای رشد هر چیز خوراکی استفاده کنیم، چون به نظر می رسد که گیاهان اساسا برای رشد با خاک ماه مشکل دارند.

امیدوارکننده ترین امکان استفاده از این اطلاعات به عنوان سکوی پرشی برای مطالعه دقیق تر چیزی است که باعث می شود گیاهان با مشکل روبرو شوند و سپس شروع به مهندسی و انتخاب سویه هایی که می توانند سنگ پوشه را بهتر تحمل کنند.

اما حتی اگر این مطالعه نتیجه دیگری برای ما نداشته باشد، نشان می دهد که ما مرجع خیلی خوبی برای مقایسه با خاک ماه نداریم و مطمئنا نمونه سنگ پوشه کافی برای امکان پذیر ساختن این نوع آزمایش ها وجود ندارد. کار بر روی موادی که می تواند این نوع مطالعات را امکان پذیر کند، شاید ضروری ترین نیاز برای پیشبرد آن هاست.

عکس کاور: بازسازی پرورش گیاه در ماه

Credit: Stock Photo via SciTechDaily

منبع: Ars Technica