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“月球殖民”的一小步:科学家首次在月球土壤中种出植物

钛度号
这是人类历史上的第一次,也是月球探测和太空探索的第一步。

图片来源@视觉中国

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文 | 学术头条

1969 年,美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)成功登陆月球,迈出了“他的一小步”“人类的一大步”。

自此以后,尽管人类从未再登上月球,但对殖民月球的向往与探索却并没有停止。

图|艺术家想像的完成地球化的月球(来源:维基百科)

科学研究证明,人类是可以在月球上生存的,因为月球的重力实际上可能比宇航员在国际空间站体验的微重力更有利于生命。

因此,作为地球唯一的天然卫星和离地球最近的天体,月球被认为是人类第一个永久外行星殖民地的最佳候选地。

但是,如果想要在月球上实现长期殖民的目标,人类就必须摆脱昂贵的航天补给任务,具备利用月球本地资源制造出维持生命所需物质的能力。

如今,一项最新研究为人类实现长期殖民月球的目标提供了新的可能。

来自美国佛罗里达大学(University of Florida)的研究团队,在月球土壤中种植出了拟南芥植株,证明了植物可以在月球土壤中成功发芽和生长。

这是人类历史上的第一次,也是月球探测和太空探索的里程碑,是未来在月球或太空任务期间种植植物和产生氧气的第一步。

相关研究论文以“Plants grown in Apollo lunar regolith present stress-associated transcriptomes that inform prospects for lunar exploration”为题,于 5 月 12 日发表在科学期刊 Communications Biology 上。

“我们想做这个实验,是因为多年来我们一直在思考这个问题,‘植物能在月球土壤中生长吗?’”论文通讯作者之一 Robert Ferl 说,“答案是肯定的。”

月壤长出了“植物中的果蝇”

拟南芥,又名鼠耳芥、阿拉伯芥、阿拉伯草,与油菜、卷心菜等同为十字花科植物。

拟南芥广泛分布于欧亚大陆和非洲西北部,在中国内蒙古、陕西、四川、云南等地均有生长。

拟南芥具有植株较小、繁殖速度快、易于在实验室培养等特点,是全球范围内应用最广泛的模式植物,被誉为“植物中的果蝇”。

在此次工作中,研究团队使用的月球土壤来自阿波罗 11 号、12 号和 17 号月球探测任务。

他们将拟南芥植株放置在 12 个月球土壤样本中进行培养,并对比了这些植物之间、以及与 16 份在地球火山灰样本中生长的拟南芥,是否存在生长和基因表达差异(火山灰的颗粒大小和矿物组成与月球土壤类似)。

图|生长在月球土壤中的拟南芥(来源:Communications Biology)

研究结果表明,虽然拟南芥可以在月球土壤生长,但与在地球火山灰中的生长情况相比,生长速度较慢,需要更长时间展叶,会表现出更多的应激迹象(生长受阻,含有发红的黑色素),尤其是那些更多暴露于月球表面的土壤。

图|第 16 天,火山灰中的植物(左)和月球土壤中的植物(右)有了明显的生理差异(来源:Communications Biology)

另外,研究团队对三株较小、颜色较暗淡的植株进行的遗传分析表明,这些植株有超过 1000 个基因(大多与应激有关)的表达水平与火山灰中植株不同。

图|研究团队在实验室中操作月球土壤(来源:Communications Biology)

此外,研究团队还发现,阿波罗 11 号采集样本中生长的植株,长势弱于阿波罗 12 号和 17 号样本中植株,与火山灰中植株相比表达了更多不同水平的基因。

阿波罗 11、12 和 17 号收集样本中的植株分别表达了 465、265 和 113 个不同水平的基因。这些基因中 71% 与盐分、金属和含活性氧分子造成的应激有关。

研究团队推测,宇宙射线和太阳风破坏了月球土壤,而且这些土壤中含有微小的铁颗粒,或诱发植物的应激反应,损害其发育。

未来,为了让植物能在月球土壤中更有效地生长,研究团队还需要进一步研究植物和月壤的相互作用。

冲向月球

月球殖民,是一种人类永久居住在月球的构想。

著名的科幻小说作家 Arthur Clarke 于 1954 年就曾经提出人类在月球上建立基地,并使用充气组件包覆月球基地以阻绝月尘进入的构想。

人类在地球以外的天体殖民,常是科幻小说的主题之一。

图|1986 年,艺术家描绘设想的月球基地(来源:维基百科)

随着地球上的人口增加与科技的日益进步,“太空殖民”这一话题被人类越来越多地拿来讨论。

月球是距离地球最近的天体,被科学家们视为第一个永久的外行星殖民地的最佳的候选地。

但是,目前阻碍殖民地发展的主要问题是航天成本太高。

在天然天体上建立殖民地,需要丰富的原料来提供建筑与其他用途(比如隔绝辐射线)所需,从月球运送物质所需的能量要比从地球运送所需的能量要少。

因此,月球非常合适用于太空船能量及燃料补给。

论文通讯作者之一 Robert Ferl 表示,未来人类要完成更长时间的太空任务,把月球作为一个中心或发射台,利用月球上已经存在的土壤来种植植物是一种很合理的选择。

参考资料:

  • 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
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