กลางวันและกลางคืนบนดวงจันทร์

ในบทความใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสารCommunications Biologyนักวิจัยของมหาวิทยาลัยฟลอริดาได้แสดงให้เห็นว่าพืชสามารถแตกหน่อและเติบโตในดินบนดวงจันทร์ได้สำเร็จ การศึกษาของพวกเขายังได้สำรวจว่าพืชตอบสนองทางชีวภาพอย่างไรต่อดินบนดวงจันทร์ หรือที่เรียกว่าเรโกลิธตามจันทรคติ ซึ่งแตกต่างจากดินที่พบบนโลกอย่างสิ้นเชิง งานนี้เป็นก้าวแรกสู่การปลูกพืชเพื่อเป็นอาหารและออกซิเจนในหนึ่งวันบนดวงจันทร์หรือระหว่างภารกิจในอวกาศ การวิจัยครั้งนี้มีขึ้นในขณะที่โครงการ Artemis วางแผนที่จะส่งมนุษย์กลับไปยังดวงจันทร์ "อาร์ทิมิสต้องการความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับวิธีปลูกพืชในอวกาศ" ร็อบ เฟอร์ล หนึ่งในผู้เขียนงานวิจัยและศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์พืชสวนที่มีชื่อเสียงในสถาบัน UF Institute of Food and Agricultural Sciences (UF/IFAS) กล่าว แม้ในช่วงแรกๆ ของการสำรวจดวงจันทร์ พืชก็มีบทบาทสำคัญ แอนนา-ลิซา พอล หนึ่งในผู้เขียนงานวิจัยและศาสตราจารย์ด้านการวิจัยพืชสวนใน UF/IFAS กล่าว “พืชช่วยพิสูจน์ได้ว่าตัวอย่างดินที่นำกลับมาจากดวงจันทร์นั้นไม่มีเชื้อโรคหรือส่วนประกอบที่ไม่รู้จักที่จะเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตบนบก แต่พืชเหล่านั้นถูกปัดฝุ่นด้วยเรโกลิธบนดวงจันทร์เท่านั้น และไม่เคยเติบโตในนั้นเลย” พอลกล่าว Paul และ Ferl เป็นผู้เชี่ยวชาญที่ได้รับการยอมรับในระดับสากลในการศึกษาพืชในอวกาศ พวกเขาได้ส่งการทดลองเกี่ยวกับกระสวยอวกาศไปยังสถานีอวกาศนานาชาติและในเที่ยวบินใต้วงโคจรผ่าน UF Space Plants Lab Ferl กล่าวว่า "สำหรับภารกิจในอวกาศที่ยาวขึ้นในอนาคต เราอาจใช้ดวงจันทร์เป็นฮับหรือฐานยิงจรวด มันสมเหตุสมผลแล้วที่เราจะต้องการใช้ดินที่มีอยู่แล้วเพื่อปลูกพืช" Ferl กล่าว "แล้วจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อคุณปลูกพืชในดินบนดวงจันทร์ ซึ่งเป็นสิ่งที่อยู่นอกเหนือประสบการณ์วิวัฒนาการของพืชโดยสิ้นเชิง พืชจะทำอะไรในเรือนกระจกบนดวงจันทร์ เราจะมีเกษตรกรบนดวงจันทร์ได้ไหม" ในการเริ่มตอบคำถามเหล่านี้ Ferl และ Paul ได้ออกแบบการทดลองง่ายๆ ที่หลอกลวง: ปลูกเมล็ดพืชในดินบนดวงจันทร์ เติมน้ำ สารอาหาร และแสง แล้วบันทึกผลลัพธ์ ภาวะแทรกซ้อน: นักวิทยาศาสตร์มีดินบนดวงจันทร์เพียง 12 กรัม – เพียงไม่กี่ช้อนชา – ที่จะทำการทดลองนี้ ยืมมาจาก NASA ดินนี้ถูกรวบรวมระหว่างภารกิจ Apollo 11, 12 และ 17 ไปยังดวงจันทร์ Paul และ Ferl สมัครสามครั้งในระยะเวลา 11 ปีเพื่อรับโอกาสในการทำงานกับเรโกลิธบนดวงจันทร์ ดินจำนวนเล็กน้อย ไม่ต้องพูดถึงความสำคัญทางประวัติศาสตร์และวิทยาศาสตร์ที่ประเมินค่าไม่ได้ หมายความว่า Paul และ Ferl ต้องออกแบบการทดลองขนาดเล็กที่มีการออกแบบท่าเต้นอย่างระมัดระวัง นักวิจัยใช้หลุมขนาดเท่าปลอกมือในจานพลาสติกที่ใช้เพาะเลี้ยงเซลล์ตามปกติเพื่อปลูกสวนบนดวงจันทร์ขนาดจิ๋ว แต่ละอย่างทำหน้าที่เหมือนหม้อ เมื่อพวกเขาเติม "หม้อ" แต่ละใบด้วยดินบน ดวงจันทร์ ประมาณ 1 กรัม นักวิทยาศาสตร์ก็ชุบดินด้วยสารละลายธาตุอาหาร และเพิ่มเมล็ดพืชจากต้นอะราบิดอพซิสอีกสองสามเมล็ด อะราบิดอพซิสถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิทยาศาสตร์พืช เนื่องจากรหัสพันธุกรรมของมันได้รับการแมปอย่างสมบูรณ์ การปลูกอะราบิดอพซิสในดินบนดวงจันทร์ช่วยให้นักวิจัยเข้าใจมากขึ้นว่าดินส่งผลต่อพืชอย่างไร ไปจนถึงระดับการแสดงออกของยีน ในการเปรียบเทียบ นักวิจัยยังได้ปลูกอาราบิดอปซิสใน JSC-1A ซึ่งเป็นสารบนพื้นโลกที่เลียนแบบดินจริงบนดวงจันทร์ เช่นเดียวกับดินบนดาวอังคารจำลองและดินบนบกจากสภาพแวดล้อมที่รุนแรง พืชที่ปลูกในดินนอกดวงจันทร์เป็นกลุ่มควบคุมของการทดลอง ก่อนการทดลอง นักวิจัยไม่แน่ใจว่าเมล็ดพืชที่ปลูกในดินบนดวงจันทร์จะแตกหน่อหรือไม่ แต่เกือบทั้งหมดทำ “เราประหลาดใจ เราไม่ได้คาดการณ์ไว้อย่างนั้น” พอลกล่าว "นั่นบอกเราว่าดินบนดวงจันทร์ไม่ได้รบกวนฮอร์โมนและสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับการงอกของพืช" อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาผ่านไป นักวิจัยสังเกตเห็นความแตกต่างระหว่างพืชที่ปลูกในดินบนดวงจันทร์กับกลุ่มควบคุม ตัวอย่างเช่น พืชบางชนิดที่ปลูกในดินบนดวงจันทร์มีขนาดเล็กกว่า เติบโตช้ากว่า หรือมีขนาดแตกต่างกันมากกว่าพืชอื่นๆ ทั้งหมดนี้เป็นสัญญาณทางกายภาพที่บ่งบอกว่าพืชกำลังทำงานเพื่อรับมือกับองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างของดินบนดวงจันทร์ พอลอธิบาย สิ่งนี้ได้รับการยืนยันเพิ่มเติมเมื่อนักวิจัยวิเคราะห์รูปแบบการแสดงออกของยีนของพืช "ในระดับพันธุกรรม พืชดึงเอาเครื่องมือที่ใช้โดยทั่วไปเพื่อรับมือกับความเครียด เช่น เกลือและโลหะ หรือความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน ดังนั้นเราจึงอนุมานได้ว่าพืชรับรู้ว่าสภาพแวดล้อมของดินบนดวงจันทร์มีความเครียด" พอลกล่าว "ท้ายที่สุดแล้ว เราต้องการใช้ข้อมูลการแสดงออกของยีนเพื่อช่วยแก้ไขวิธีที่เราสามารถปรับปรุงการตอบสนองต่อความเครียดให้อยู่ในระดับที่พืช โดยเฉพาะพืชผล สามารถเติบโตในดินบนดวงจันทร์โดยมีผลกระทบต่อสุขภาพน้อยมาก" Ferl และ Paul ผู้ซึ่งทำงานร่วมกันในการศึกษากับ Stephen Elardo ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านธรณีวิทยาของ UF กล่าวว่าพืชตอบสนองต่อดินบนดวงจันทร์อย่างไรอาจเชื่อมโยงกับแหล่งที่เก็บดิน ตัวอย่างเช่น นักวิจัยพบว่าพืชที่มีสัญญาณของความเครียดมากที่สุดคือพืชที่ปลูกในสิ่งที่นักธรณีวิทยาบนดวงจันทร์เรียกว่าดินบนดวงจันทร์ที่สุกเต็มที่ ดินที่โตเต็มที่เหล่านี้คือดินที่สัมผัสกับลมคอสมิกมากขึ้น ซึ่งทำให้การแต่งหน้าของดินเปลี่ยนไป ในทางกลับกัน พืชที่ปลูกในดินที่มีความสมบูรณ์น้อยกว่าจะมีอาการดีขึ้น การปลูกพืชในดินบนดวงจันทร์อาจทำให้ดินเปลี่ยนไปด้วย Elardo กล่าว "ดวงจันทร์เป็นสถานที่ที่แห้งแล้งมาก แร่ธาตุในดินบนดวงจันทร์จะตอบสนองอย่างไรต่อการมีพืชที่ปลูกในนั้น ด้วยน้ำและสารอาหารที่เติมลงไป การเพิ่มน้ำจะทำให้แร่วิทยาเป็นมิตรกับพืชมากขึ้นหรือไม่" เอลาร์โดกล่าว การศึกษาติดตามผลจะต่อยอดจากคำถามเหล่านี้และอีกมากมาย สำหรับตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์กำลังฉลองที่ก้าวแรกในการปลูกพืชบนดวงจันทร์ "เราต้องการทำการทดลองนี้เพราะหลายปีมาแล้วที่เราถามคำถามนี้: พืชจะเติบโตในดินบนดวงจันทร์ได้หรือไม่" Ferl กล่าว "คำตอบปรากฎว่าใช่"