在太空時代早期，多項阿波羅任務曾將月球表面的樣本，也就是月壤，帶回地球，送進實驗室利用最先進的設備進行研究。
幾十年過去了，這些樣本中的三個已經被用來成功種植出了植物。在一項最新的研究中，科學家首次利用月壤種植出了耐寒、且得以廣泛研究的擬南芥（Arabidopsis thaliana）。
（圖／UF, IFAS, Tyler Jones）
雖然這不是第一次嘗試在月壤中種植植物，但卻是第一次證明了月壤究竟為什么很難讓植物茁壯成長。研究人員在基因層面詳細檢查并研究了這些植物，從而找出哪些不利的土壤環(huán)境因素可能對植物生長產生了影響。
如果有朝一日，我們需要對月球或火星這些宇宙近鄰進行長期探索，甚至進行殖民，在地外環(huán)境中種植植物是繞不開的問題之一?，F(xiàn)在，發(fā)表在《自然通訊·生物》上的這項研究已經開始提供答案。
干燥貧瘠的月壤
植物生長并沒有那么容易，充足的陽光與溫柔的雨露缺一不可，在野外，還需要忙碌的蜜蜂和蝴蝶為植物授粉，更重要的是，你需要條件良好、肥沃的土壤來提供必要的礦物質。
遺憾的是，在月球上這一切都不存在。月壤和地球上的土壤也是天差地別。首先，月壤不包含地球土壤所特有的那些有機物質，比如蠕蟲、細菌，還有腐爛的植物物質。月壤也沒有地球土壤中的那種足夠的水量。
然而，兩者的相似之處在于，月壤是由與地球土壤相同的礦物質組成的，因此，假如在未來的人類月球基地內，水、陽光和空氣缺乏等問題都得以解決，那么月壤就應該有潛力用于種植植物。
研究表明，情況確實如此。在實驗中，擬南芥的種子在阿波羅月壤樣本中發(fā)芽的速度，與在地球土壤中發(fā)芽的速度相同。
但是，團隊注意到，當?shù)厍蛲寥乐械闹参锢^續(xù)發(fā)育根和莖，并長出葉子時，阿波羅樣本中的幼苗卻出現(xiàn)發(fā)育不良的情況，根部狀態(tài)糟糕。
生長實驗的第16天，不同土壤樣本中的植物出現(xiàn)了明顯的生長差異。（圖／Paul et al.）
更有意思的是，三份阿波羅樣本中的植物分別受到了不同程度的影響，其中，阿波羅11號樣本的生長速度最慢。
雖然這三份樣本來自不同的阿波羅任務，但其中月壤的化學和礦物學成分相當相似。同時，實驗中用到的這份被稱為JSC-1A的地球土壤，也并不是普通土壤。
它其實是一種專門為模擬月球表面而準備的礦物混合物，但不包含任何有機物。JSC-1A的起始材料是玄武巖，就像月壤一樣，其中還添加了天然火山玻璃，模擬了玻璃質的粘合集塊巖的存在，也就是那些與熔化的玻璃混合的小礦物碎片，這類物質在月壤中格外豐富。
換言之，這4份樣本在化學和礦物學成分上并無太多差別。研究人員因此懷疑，營養(yǎng)物質的因素并不是唯一起作用的力量。
基因層面的調查
在植物生長約20天后，團隊收取了這些植物，并將它們磨碎，對其中的遺傳物質進行了研究，這也是研究中的關鍵步驟，它揭示出了植物生長的更多細節(jié)。
基因層面的檢查發(fā)現(xiàn)，所有阿波羅樣本幼苗中的大部分脅迫反應，也就是對不利于植物生長的環(huán)境的最強烈的遺傳反應，來自月球樣本中的鹽、金屬和高活性的氧，后兩者在地球土壤中并不常見。
研究人員將實驗中生長出的植物放入小管中，用于關鍵的基因分析。（圖／UF, IFAS, Tyler Jones）
科學家認為，問題的關鍵應該就在粘合集塊巖上，它是阿波羅月壤中的幼苗與地球土壤中的相比生長不良的潛在原因之一，也是三種月球樣本之間生長模式產生差異的原因。
粘合集塊巖是月球表面的一種常見特征，由一個被稱為月球園藝（lunar gardening）的過程形成。這是一種通過宇宙輻射、太陽風和微小的隕石對月球表面的轟擊，也就是空間風化過程來改變月壤性質的方式。
由于沒有大氣來減緩微隕石的撞擊，這些隕石會以極高的速度撞上月球表面，導致熔化，然后在撞擊處快速冷卻。漸漸的，小型的集料積少成多，并被玻璃固定在一起。其中還含有空間風化過程中形成的金屬鐵（納米鐵）的微小顆粒。
這種納米相的鐵，成了阿波羅樣品中的玻璃質粘合集塊巖，與地球樣本中的天然火山玻璃之間的最大差異。這也是在植物的基因圖譜中出現(xiàn)金屬相關脅迫的最有可能的原因。
換句話說，真實月壤中粘合集塊巖的存在，使得阿波羅樣本中的幼苗，特別是阿波羅11號的幼苗的生長倍加吃力。
月壤中粘合集塊巖的豐度取決于材料暴露在月球表面的時間長度，這也被稱為月壤的成熟度。成熟度非常高的月壤已經在表面存在了很長時間，它們出現(xiàn)在那些沒有被最近的撞擊事件擾亂的地方，而成熟度低的月壤（來自月球表面之下）則出現(xiàn)在新的撞擊坑周圍和陡峭的撞擊坑斜坡上。
來自不同阿波羅任務的三份樣本，分別取自月球的不同區(qū)域，因此月壤的成熟度各不相同，其中阿波羅11號的物質成熟度最高。它含有最多納米相的鐵，并在基因圖譜中表現(xiàn)出了最高的金屬相關的脅迫標記。
選擇合適的土壤
研究總結認為，與成熟度低的月壤相比，更成熟的月壤才是幼苗生長的有效基質。這至關重要，因為它表明，植物的確有機會以月壤為資源進行生長。但具體取樣位置的選擇還要以土壤的成熟度作為重要指標。
此外，一些科學家認為，這項研究或許也可以對地球上的植物生長、作物種植提供一些指導。如果讓植物在月球上生長同樣有助于幫助地球上變得更有生機，這確實是一項偉大的成就。
#創(chuàng)作團隊：
撰文：Takeko
排版：雯雯
#參考來源：
https://www.nasa.gov/feature/biological-physical/scientists-grow-plants-in-soil-from-the-moon
https://theconversation.com/how-to-grow-plants-on-the-moon-new-study-182797
https://www.vice.com/en/article/z3naaa/scientists-grow-plants-in-moon-soil-for-first-time-in-major-breakthrough
#圖片來源：
封面圖&首圖：Kevin Gill, Flickr, CC BY-SA
