پژوهشگران در اقدامی بی‌سابقه برای نخستین بار در خاک ماه گیاه پرورش دادند

آنا لیزا پل سال‌ها در تلاش بود تا به نمونه‌های واقعی خاک ماه که توسط فضانوردان دوره آپولو جمع‌آوری شده بود، دست پیدا کند. پس از اینکه چندین بار طرح پژوهشی‌اش را اصلاح کرد، ناسا درنهایت در سال ۲۰۲۱ با درخواستش موافقت کرد و به گروه او اجازه داد تا تلاش کنند گیاهان کوچکی را در خاکی پرورش دهند که میلیاردها سال عاری از حیات بود.

تلاش‌های آن‌ها نتیجه داد: اگرچه گیاهان به وضوح در این ماده خشن و بیگانه دچار مشکل شدند، توانستند سر از خاک بیرون آورند. پژوهشگران یافته‌های خود را در مجله‌ی Communications Biology منتشر کردند و استدلال کردند که آزمایش آن‌ها نشان می‌دهد فضانوردانی که به ماه می‌روند، می‌توانند طی چند دهه آینده کشاورزی گلخانه‌ای خود را در آنجا به راه بیندازند و بخشی از مواد غذایی موردنیازشان را تأمین کنند. پل، ژنتیکدان و زیست‌شناس فضا در دانشگاه فلوریدا می‌گوید:

از اینکه همه بذرها پس از دو روز جوانه زده بودند، شگفت‌زده شدیم. بسیار هیجان‌آور بود. ما درحال تماشای اولین بذرهایی بودیم که در تاریخ بشریت (در تاریخ منظومه خورشیدی)، در موادی که به ماه تعلق داشت، رشد می‌کردند.

خاک ماه با نام رگولیت (سنگ‌پوشه) که فضانوردان آن را در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ به دست آوردند، برای پرورش گیاه بسیار چالش‌برانگیز است. دانه‌های شنی آن بسیار خشک، تیز، ساینده و بسیار ریز است و همچنین مواد معدنی و یون‌هایی دارد که گیاهان زمین هرگز با آن‌ها برخورد نکرده‌اند. این خاک حاوی ماده آلی نیست، زیرا هیچ گیاهی روی ماه رشد نکرده است که سپس در آنجا مرده و تجزیه شده باشد. آزمایشگران برای اینکه خاک ماه شبیه خاک زمین شود، باید مقداری مواد مغذی و آب به آن اضافه می‌کردند. (جمع‌آوری آب روی ماه سخت است، اگرچه وجود دارد).

پل و گروهش از مقدار رگولیتی که دراختیار داشتند، بیشترین بهره‌برداری را کردند. آن‌ها برای هر نمونه، حدود یک گرم یا یک قاشق کوچک از ماده جمع‌آوری‌شده از مأموریت‌های آپولو ۱۱ (اولین فرود انسان روی ماه در دریای آسایش) و آپولو ۱۲ و آپولو ۱۷ را که در غرب و شمال آنجا فرود آمده بودند، دراختیار داشتند. پژوهشگران همچنین بذرها را در مقادیر مشابهی از خاک شبیه‌سازی‌شده ماه که از خاکستر آتشفشانی تشکیل شده بود و روی زمین گزینه‌ای نامطلوب برای باغبانی است، کاشتند. آن‌ها قبلا آزمایش‌های متعددی با چنین مواد شبیه‌سازی‌شده‌ای معروف به JSC-1A انجام داده بودند که به آن‌ها اجازه داده بود محلول غذایی رقیق‌شده (نوعی کود مایع) خود را به‌طور دقیق تنظیم کنند.

پژوهشگران بذرها را درون سینی‌هایی کاشتند که دارای ۴۸ چاهک بود. آن‌ها فقط تعداد کمی از چاهک‌ها را پر کردند: سه چاهک را با خاک ماه به اضافه محلول غذایی و چهار چاهک را با JSC-1A به همراه محلول غذایی. آن‌ها همین ترتیب را روی سه سینی دیگر نیز تکرار کردند تا آزمایش آن‌ها ازنظر آماری قوی‌تر شود. پژوهشگران سپس سینی‌ها را درون محفظه‌های آبیاری انفرادی و زیر نور مخصوص رشد گیاه قرار دادند. جعبه‌ها جریان هوا را محدود می‌کردند، اما کاملاً استریل نبودند و محیطی را شبیه‌سازی کردند که به شرایط احتمالی سکونتگاه روی سطح ماه شبیه بود.

گیاه کوچکی که رشادی گوش‌موشی (آرابیدوپسیس تالیانا) نامیده می‌شود، متعلق به خانواده‌ای است که آب‌تره و بروکلی نیز در آن قرار دارند، بنابراین، مدل خوبی برای مطالعه محصولات کشاورزی محسوب می‌شود. علاوه‌بر‌این، گیاه مذکور رشد سریعی دارد که به نفع آزمایش‌ها است.

هنگامی که نهال‌ها برای اولین بار هم در خاک ماه و نمونه کنترل ظاهر شدند، هنوز درحال جذب مواد مغذی از ذخایر موجود در بذرهای خود بودند. اما پس از حدود یک هفته تفاوت‌ها آشکار شد. رشد نهال‌ها در نمونه‌های خاک ماه کندتر بود و برخی از آن‌ها واکنش‌های استرس جدی را نشان می‌دادند. ریشه‌های آن‌ها خمیده‌تر بود و حالت پژمرده داشتند. پل می‌گوید: «شرایط برای آن‌ها سخت بود.» برخی از گیاهان به‌نظر می‌‌رسید سازگاری پیدا کرده‌اند، درحالی‌که دیگران بیمار به نظر می‌رسیدند و برگهایشان تاب‌خورده و لکه‌لکه شده بود.

در‌مقایسه با گیاهان مشابه که در خاکستر آتشفشانی رشد می‌کردند، بزرگ شدن برگ‌های گیاهان رشد کرده در خاک ماه بیشتر طول کشید، این گیاهان کوچک‌تر بودند و رشد برخی به‌شدت متوقف شده بود. از بین گیاهان کشت‌شده در رگولیت، گیاهانی که در نمونه‌های جمع‌آوری‌شده در مأموریت‌های آپولو ۱۲ و ۱۷ رشد کردند، بهترین عملکرد را داشتند.

پل و تیمش با انجام آزمایش‌های ژنتیکی روی تمام گیاهان، تلاش کردند تا دریابند گیاهان برای سازگاری با محیط خود از چه ابزارهای متابولیکی استفاده کردند. آن‌ها دریافتند که حتی نهال‌های دارای ظاهر سالم‌تر، فعالیت ژنی داشتند و ژن‌هایی در آن‌ها فعال یا غیرفعال شده بود که با استرس در ارتباط بودند. پل می‌گوید: «این فعالیت با فعالیت گیاهانی شبیه است که در احاطه‌ی خاک حاوی فلزات یا نمک بیش از اندازه هستند.»

با‌این‌حال، پژوهشگران چشم‌انداز خوش‌بینانه‌ای برای آینده باغبانی روی ماه دارند، خصوصا ازآنجاکه هر گیاهی که در رگولیت واقعی رشد کند، خاک را برای نسل‌های بعد بهبود خواهد داد. رابرت فرل، همکار پل و از نویسندگان مطالعه می‌گوید:

من خوشبین هستم. این واقعیت که برخی از گیاهان علائم استرس را نشان دادند و برخی رشد نکردند، مرا نگران نمی‌کند. ما روی زمین تجربه زیادی درمورد نحوه پرورش گیاهان در محیط‌های خشک و شور داریم. شکی ندارم که نحوه پرورش گیاهان در خاک ماه را یاد خواهیم گرفت.

ناسا پس از مأموریت‌های فرود روی ماه در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ که مواد قمری را به زمین آوردند، آزمایش‌هایی انجام داد، اما آن آزمایش‌ها مانند آزمایش‌های پل و فرل نبودند. شارمیلا باتاچاریا، دانشمند ارشد ناسا می‌گوید: «مقدار کمی از ماده رگولیت در تماس با گیاهان قرار گرفت و داده‌ها نشان داد اثر منفی عمده‌ای وجود ندارد.» اما پژوهش‌های پل و فرل بلندپروازانه‌تر است. باتاچاریا می‌گوید: «این آزمایشی منحصر‌به‌فرد است که این گیاهان را البته به کمک مواد کمکی، درون رگولیت پرورش دهیم. این اولین‌بار است و به همین خاطر هیجان‌زده‌ایم.»

امروزه، ناسا رگولیت زیادی ندارد تا دراختیار دانشمندان قرار دهد و آن‌ها موادی را که دراختیار داشته‌اند، به‌تدریج دراختیار پژوهش‌های با اولویت بالا قرار داده‌اند. این آژانس اخیراً یکی از آخرین نمونه‌های جمع‌آوری‌شده در سال ۱۹۷۲ را برای مطالعه خاک ماه‌ رونمایی کرده است.

پی بردن به نحوه پرورش غذا در خارج از سیاره زمین مهم است، زیرا هر گرم ماده‌ای که به فضا برده می‌شود، فضای سفینه فضایی را اشغال می‌کند و هزینه‌ها و سوخت موردنیاز آن را افزایش می‌دهد. علاوه‌بر‌این، در محیط دورافتاده و ایزوله‌ای مانند ایستگاه فضایی یا سکونتگاه روی ماه، کمی سرسبزی حتی اگر غذای زیادی فراهم نکند، می‌تواند به سلامت روان خدمه نیز کمک کند. باتاچاریا می‌گوید: «لمس کردن و حس کردن گیاهان می‌تواند برای روان انسان مفید باشد.»

به همین دلایل، فضانوردان و پژوهشگران آزمایش راه‌های مختلف برای پرورش غذا در ایستگاه فضایی بین‌المللی را شروع کرده‌اند. پژوهش پل و فرل می‌تواند گام مهمی به سوی تحقق کشاورزی فضایی باشد.

کوین کانن، زمین‌شناس و پژوهشگر منابع فضایی در دانشکده معادن کلرادو که در این مقاله نقشی نداشت، می‌گوید: «این مطالعه به دو دلیل قابل‌توجه است. اول اینکه، آن‌ها از نمونه‌های واقعی آپولو استفاده می‌کنند و دوم اینکه، ابزارهای زیستی مدرن را به کار می‌برند.»

کانن می‌گوید، اما این امکان وجود دارد که گزینه‌های دیگر برای پرورش گیاهان و سبزیجات بدون استفاده از خاک مانند کشت هیدروپونیک، آیروپونیک (هواکشت) یا رشد سلول‌ها درون رآکتور برای ایستگاه فضایی بین‌المللی یا مأموریت‌های ماه کارآمدتر باشد.

ازسوی‌دیگر، سفر به مریخ به سفرهای طولانی‌تر و بازدیدهای طولانی نیاز دارد و ازآنجاکه این سیاره بسیار دور است، ارسال مواد غذای دشوارتر خواهد بود. بنابراین، مریخ ممکن است گزینه‌ی بهتری برای تلاش برای پرورش محصولات کشاورزی در مقیاس بزرگ‌تر باشد.

پژوهشگران قبلاً پرورش گیاهانی مانند رشادی گوش‌موشی را در خاک شبیه‌سازی‌شده مریخ آغاز کرده‌اند و وقتی ناسا نمونه‌های مأموریت مریخ‌نورد پرسویرنس را به زمین بیاورد، آن‌ها می‌توانند با ماده واقعی آزمایش انجام دهند.

اگر این آزمایش‌ها نتیجه‌بخش باشد، فضانوردان روزی می‌توانند گیاهان خود را روی سیاره سرخ پرورش دهند. البته پژوهشگران ابتدا باید راهی برای کمک به رشد گیاهان در رگولیت فضایی پیدا کنند، نه اینکه کاری کنند که گیاهان فقط در آن خاک زنده بمانند. با‌این‌حال، بنا به باور پل و همکارانش، کشاورزی فضایی، یا حداقل باغبانی فضایی در آینده اتفاق خواهد افتاد. او می‌گوید: «به‌نظر من، وقتی زمین را ترک کنیم، گیاهان را نیز با خود خواهیم برد.»