首發現月球土壤難種出植物原因 隕石撞擊礦物致基因壓力

在地球要種植植物,常識是要水份、陽光與充滿養分的泥土。不過,當沒有水份、泥土,而陽光一是太多或完全缺乏的太空又如何讓植物茁壯生長呢?又或者植物能否有機會在這類嚴苛環境生存,提高人類可在太空長途旅行的機會?

最新刊於《通訊生物學》的研究則利用阿波羅計劃取得的 3 個不同地區的月球土壤,培養快速生長的植物阿拉伯芥 (Arabidopsis thaliana) ,嘗試提供答案。

雖然這並非有團隊首次使用月球風化層種植植物,但這是首次有證據證明植物為何不能在此土壤成長。

月球風化層與陸地土壤非常不同。首先,當中不含地球土壤特有的有機物質,例如昆蟲、細菌、腐植質,也不含水。

但月球風化層由與陸地土壤相同的礦物質組成,因此人類假設只要改善水、陽光和空氣缺乏等問題,風化層就有可能種植植物。

研究表明,情況確實如此。阿拉伯芥種子在月球土壤中的發芽率與在地球土壤中的發芽率相同。然而,當地球土壤中的植物繼續生根並長出葉子時,月球土壤中的幼苗發育不良,無法生出健康根系。

該研究的主要目的是在基因水平上檢查植物。團隊因此能夠識別出哪些特定的環境因素引起了對壓力最強烈的遺傳反應。

團隊發現,所有月球土壤幼苗的大部分最激烈反應與月球樣本中的鹽、金屬和氧氣有關,後兩者情況在地球土壤中並不常見。

由於三個月球地區土壤樣本受到不同程度的影響,而以阿波羅 11 號取得的令植物生長得最慢,但全部化學和礦物成分彼此非常相似,團隊懷疑養分並不是唯一起作用的力量。

圖:Paul, A. & et al. (2022)

另一方面,被稱為 JSC-1A 的地球土壤並非普通土壤,該土壤是一種專門為模擬月球表面而製成的礦物質混合物,當中不含有機物質。與月球風化層一樣, JSC-1A 主要由玄武岩組成,包含了天然火山玻璃,即與熔化玻璃混合的小礦物碎片,而該成份在月球風化層中含量豐富。

團隊認為,這些天然火山玻璃是月球與地球土壤植物生長出現差異的其中一個原因。

在月球,天然火山玻璃由宇宙輻射、太陽風和微小隕石對月球表面的轟擊所造成——由於沒有大氣可以緩減撞擊表面的細小隕石,它們會高速撞擊月球,並在撞擊地點熔化然後快速冷卻。

逐漸地,礦物的小聚集體由玻璃聚集在一起,當中還含有由風化過程形成的微小鐵金屬顆粒,即納米鐵。

正是這種鐵是阿波羅樣本中的天然火山玻璃與地球樣本中的最大區別。這也是植物基因譜中識別出的金屬相關壓力最可能原因。

而月球土壤中的天然火山玻璃含量取決於最近是否遭隕石撞擊,越近期的會越多納米鐵,阿波羅 11 號的土壤則含有最多的納米鐵,當中的阿拉伯芥遺傳特徵也表現出最高的金屬相關壓力標記。

來源:

The Conversation, How to grow plants on the moon – new study

https://theconversation.com/how-to-grow-plants-on-the-moon-new-study-182797

報告:

Paul, A., Elardo, S.M. & Ferl, R. (2022). Plants grown in Apollo lunar regolith present stress-associated transcriptomes that inform prospects for lunar exploration. Communications Biology 5, Article number:382. doi: 10.1038/s42003-022-03334-8

特選圖片:UF/IFAS photo by Tyler Jones

文/AC、審 / WL

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