Τί χρειάζεται ο κήπος σας για να θεριέψει και να ανθοφορήσει; Εκτός από άφθονη ηλιοφάνεια, ήπιες βροχές – και πολυάσχολες μέλισσες και πεταλούδες για να γονιμοποιούν τα φυτά – χρειάζεστε επίσης καλό, πλούσιο χώμα που να παρέχει τα απαραίτητα μεταλλικά στοιχεία. Φανταστείτε όμως τι θα γινόταν αν δεν είχατε στη διάθεσή σας ούτε πλούσιο χώμα, ούτε βροχές, ούτε μέλισσες και πεταλούδες. Και η ηλιοφάνεια ήταν είτε πολύ σκληρή και άμεση είτε απουσίαζε παντελώς – προκαλώντας παγετό.
Θα μπορούσαν να αναπτυχθούν φυτά σε ένα τέτοιο περιβάλλον – και, αν ναι, ποια; Αυτό είναι το ερώτημα που θα πρέπει να αντιμετωπίσουν οι καινούργιοι κάτοικοι της Σελήνης και του Άρη αν, ή όταν προχωρήσει η ανθρώπινη εξερεύνηση των γειτονικών μας πλανητών. Τώρα μια νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Communications Biology, μας δίνει τις σχετικές απαντήσεις.
Οι ερευνητές της μελέτης καλλιέργησαν το γρήγορης ανάπτυξης φυτό Arabidopsis Thaliana σε δείγματα σεληνιακού εδάφους που έφεραν οι αστροναύτες του Apollo από τρία διαφορετικά σημεία της Σελήνης.
Ξηρό και άγονο έδαφος
Δεν είναι όμως η πρώτη φορά που γίνονται προσπάθειες να αναπτυχθούν φυτά σε σεληνιακό έδαφος, αλλά είναι η πρώτη που καταδεικνύει τους λόγους που δεν ευδοκιμούν. Το σεληνιακό έδαφος διαφέρει πολύ από τα εδάφη στη γη. Καταρχάς, δεν περιέχει οργανική ύλη (σκουλήκια, βακτήρια, φυτική ύλη που αποσυντίθεται) που είναι χαρακτηριστικό του γήινου εδάφους. Ούτε έχει εγγενή περιεκτικότητα σε νερό. Αποτελείται όμως από τα ίδια ορυκτά με τα χερσαία εδάφη, οπότε αν υποθέσουμε ότι η έλλειψη νερού, ηλιακού φωτός και αέρα βελτιώνεται με την καλλιέργεια φυτών σε ένα σεληνιακό περιβάλλον, τότε το σεληνιακό έδαφος θα μπορούσε να έχει τη δυνατότητα να βοηθήσει τα φυτά να μεγαλώσουν.
Η έρευνα έδειξε ότι αυτό όντως ισχύει. Οι σπόροι του Arabidopsis Thaliana φύτρωσαν με τον ίδιο ρυθμό στο σεληνιακό έδαφος που περισύλλεξε το Apollo όπως και στο γήινο έδαφος. Αλλά ενώ τα φυτά στο έδαφος στη γη ανέπτυξαν ριζικό υπόβαθρο και έβγαλαν φύλλα, τα φυτά του Apollo ήταν καχεκτικά και είχαν υπανάπτυκτη ανάπτυξη στις ρίζες τους. Ο κύριος άξονας της έρευνας ήταν η εξέταση των φυτών σε γενετικό επίπεδο. Αυτό επέτρεψε στους επιστήμονες να αναγνωρίσουν ποιοι συγκεκριμένοι περιβαλλοντικοί παράγοντες προκαλούσαν τις ισχυρότερες γενετικές αντιδράσεις στο στρες. Διαπίστωσαν ότι το μεγαλύτερο μέρος της αντίδρασης στο στρες σε όλα τα φυτά του Apollo προερχόταν από άλατα, μέταλλα και οξυγόνο που είναι ιδιαίτερα αντιδραστικά (τα δύο τελευταία δεν είναι κοινά στο γήινο έδαφος) στα σεληνιακά δείγματα.
Τα τρία δείγματα του Apollo επηρεάστηκαν σε διαφορετικό βαθμό, με τα δείγματα Apollo 11 να αναπτύσσονται πιο αργά. Δεδομένου ότι η χημική και ορυκτολογική σύνθεση των τριών εδαφών του του Apollo ήταν αρκετά παρόμοια μεταξύ τους και με το δείγμα που πάρθηκε από τη γη, οι ερευνητές υποπτεύθηκαν ότι τα θρεπτικά συστατικά δεν ήταν ο μόνος παράγοντας που έπαιζε ρόλο. Το έδαφος της γης, που ονομάζεται JSC-1A, δεν είναι ένα κανονικό έδαφος, αλλά ένα μείγμα ορυκτών που παρασκευάστηκε ειδικά για να προσομοιάζει τη σεληνιακή επιφάνεια και δεν περιείχε καθόλου οργανική ύλη.
Το αρχικό υλικό ήταν βασάλτης (είναι έκχυτο εκρηξιγενές πέτρωμα το οποίο σχηματίζεται από την ταχεία ψύξη βασαλτικής λάβας που εκτίθεται στην ή κοντά στην επιφάνεια ενός πλανήτη ή δορυφόρου), όπως ακριβώς και το σεληνιακό έδαφος. Η γήινη εκδοχή περιείχε επίσης φυσικό ηφαιστειακό γυαλί ως ανάλογο για τα «υαλώδη θραύσματα» – μικρά θραύσματα ορυκτών αναμεμειγμένα με λιωμένο γυαλί – που είναι άφθονα στο σεληνιακό έδαφος. Οι επιστήμονες αναγνώρισαν αυτές τις κολλητικές ουσίες ως έναν από τους πιθανούς λόγους για την έλλειψη ανάπτυξης των φυτών στο έδαφος του Apollo, σε σύγκριση με το γήινο έδαφος, καθώς και για τη διαφορά στα πρότυπα ανάπτυξης μεταξύ των τριών σεληνιακών δειγμάτων.
Τα θραύσματα είναι ένα κοινό χαρακτηριστικό της σεληνιακής επιφάνειας. Κατά ειρωνικό τρόπο, σχηματίζονται από μια διαδικασία που αναφέρεται ως «σεληνιακή κηπουρική». Πρόκειται για τον τρόπο με τον οποίο αλλάζει ο το έδαφος της Σελήνης, μέσω της έκθεσης της επιφάνειας της Σελήνης από κοσμική ακτινοβολία, ηλιακό άνεμο και μικροσκοπικούς μετεωρίτες, που είναι γνωστοί και ως διαστημική αποσάθρωση. Επειδή δεν υπάρχει ατμόσφαιρα για να επιβραδύνει τους μικροσκοπικούς μετεωρίτες που προσκρούουν στην επιφάνεια, αυτοί προσκρούουν με μεγάλη ταχύτητα, προκαλώντας λιώσιμο και στη συνέχεια ταχεία ψύξη στο σημείο της πρόσκρουσης. Σταδιακά, δημιουργούνται μικρά σωματίδια ορυκτών που συνδέονται μεταξύ τους με γυαλί. Περιέχουν επίσης μικροσκοπικά σωματίδια μεταλλικού σιδήρου (nanophase iron) που σχηματίζονται από τη διαδικασία της διαστημικής αποσάθρωσης.
Έτσι, η παρουσία συγκολλητικών ουσιών στα σεληνιακά υποστρώματα προκάλεσε δυσκολίες στα φυτά του Apollo σε σύγκριση με τα φυτά που αναπτύχθηκαν στο JSC-1A, και ιδιαίτερα τα φυτά του Apollo-11. Η αφθονία των ουσιών αυτών σε ένα δείγμα σεληνιακού εδάφους εξαρτάται από το χρονικό διάστημα που το υλικό εκτίθεται στην επιφάνεια, το οποίο αναφέρεται ως «ωριμότητα» ενός σεληνιακού εδάφους. Τα πολύ ώριμα εδάφη βρίσκονται στην επιφάνεια για μεγάλο χρονικό διάστημα. Βρίσκονται σε μέρη όπου ο το σεληνιακό έδαφος δεν έχει διαταραχθεί από πιο πρόσφατα γεγονότα πρόσκρουσης που δημιούργησαν οι κρατήρες, ενώ τα μη ώριμα εδάφη (από κάτω από την επιφάνεια) εμφανίζονται γύρω από φρέσκους κρατήρες και σε απότομες πλαγιές κρατήρων.
Τα τρία δείγματα του Apollo είχαν διαφορετική ωριμότητα, με το υλικό του Απόλλων 11 να είναι το πιο ώριμο. Περιείχε τον περισσότερο σίδηρο νανοφάσης και παρουσίαζε τους υψηλότερους δείκτες στρες που σχετίζονται με μέταλλα στο γενετικό του προφίλ.
Η σημασία του νέου εδάφους
Η μελέτη καταλήγει στο συμπέρασμα ότι το πιο ώριμο σεληνιακό έδαφος ήταν λιγότερο αποτελεσματικό υπόστρωμα για την ανάπτυξη των φυτών από ό,τι το λιγότερο ώριμο έδαφος. Αυτό είναι ένα σημαντικό συμπέρασμα, διότι αποδεικνύει ότι τα φυτά θα μπορούσαν να αναπτυχθούν σε σεληνιακά περιβάλλοντα χρησιμοποιώντας τους πόρους του εδάφους της Σελήνης. Το βασικό εδώ είναι ότι η θέση του σεληνιακού περιβάλλοντος εξαρτάται από την ωριμότητα του εδάφους. Και μια τελευταία σκέψη: μου έκανε εντύπωση ότι τα ευρήματα θα μπορούσαν επίσης να εφαρμοστούν σε ορισμένες από τις φτωχές περιοχές του κόσμου μας. Δεν θέλω να επαναλάβω το παλιό επιχείρημα «Γιατί να ξοδεύουμε όλα αυτά τα χρήματα για τη διαστημική έρευνα όταν θα μπορούσαν να δαπανηθούν καλύτερα σε σχολεία και νοσοκομεία;». Αυτό ίσως θα ήταν το θέμα ενός άλλου άρθρου.
Υπάρχουν όμως τεχνολογικές εξελίξεις που προκύπτουν από αυτή την έρευνα που θα μπορούσαν να εφαρμοστούν στη γη; Θα μπορούσαν αυτά που έχουν μάθει για τις γενετικές αλλαγές που σχετίζονται με το στρες να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη καλλιεργειών με μεγαλύτερη αντοχή στην ξηρασία; Ή φυτά που θα μπορούσαν να ανεχθούν υψηλότερα επίπεδα μετάλλων; Θα ήταν ένα μεγάλο επίτευγμα αν πετύχαινε η ανάπτυξη φυτών στη Σελήνη, καθώς θα βοηθούσε σε μεγάλο βαθμό να βοηθήσει στο να γίνουν οι κήποι στη γη πιο πράσινοι.
Τί χρειάζεται ο κήπος σας για να θεριέψει και να ανθοφορήσει; Εκτός από άφθονη ηλιοφάνεια, ήπιες βροχές – και πολυάσχολες μέλισσες και πεταλούδες για να γονιμοποιούν τα φυτά – χρειάζεστε επίσης καλό, πλούσιο χώμα που να παρέχει τα απαραίτητα μεταλλικά στοιχεία. Φανταστείτε όμως τι θα γινόταν αν δεν είχατε στη διάθεσή σας ούτε πλούσιο χώμα, ούτε βροχές, ούτε μέλισσες και πεταλούδες. Και η ηλιοφάνεια ήταν είτε πολύ σκληρή και άμεση είτε απουσίαζε παντελώς – προκαλώντας παγετό.
Θα μπορούσαν να αναπτυχθούν φυτά σε ένα τέτοιο περιβάλλον – και, αν ναι, ποια; Αυτό είναι το ερώτημα που θα πρέπει να αντιμετωπίσουν οι καινούργιοι κάτοικοι της Σελήνης και του Άρη αν, ή όταν προχωρήσει η ανθρώπινη εξερεύνηση των γειτονικών μας πλανητών. Τώρα μια νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Communications Biology, μας δίνει τις σχετικές απαντήσεις.
Οι ερευνητές της μελέτης καλλιέργησαν το γρήγορης ανάπτυξης φυτό Arabidopsis Thaliana σε δείγματα σεληνιακού εδάφους που έφεραν οι αστροναύτες του Apollo από τρία διαφορετικά σημεία της Σελήνης.
Ξηρό και άγονο έδαφος
Δεν είναι όμως η πρώτη φορά που γίνονται προσπάθειες να αναπτυχθούν φυτά σε σεληνιακό έδαφος, αλλά είναι η πρώτη που καταδεικνύει τους λόγους που δεν ευδοκιμούν. Το σεληνιακό έδαφος διαφέρει πολύ από τα εδάφη στη γη. Καταρχάς, δεν περιέχει οργανική ύλη (σκουλήκια, βακτήρια, φυτική ύλη που αποσυντίθεται) που είναι χαρακτηριστικό του γήινου εδάφους. Ούτε έχει εγγενή περιεκτικότητα σε νερό. Αποτελείται όμως από τα ίδια ορυκτά με τα χερσαία εδάφη, οπότε αν υποθέσουμε ότι η έλλειψη νερού, ηλιακού φωτός και αέρα βελτιώνεται με την καλλιέργεια φυτών σε ένα σεληνιακό περιβάλλον, τότε το σεληνιακό έδαφος θα μπορούσε να έχει τη δυνατότητα να βοηθήσει τα φυτά να μεγαλώσουν.
Η έρευνα έδειξε ότι αυτό όντως ισχύει. Οι σπόροι του Arabidopsis Thaliana φύτρωσαν με τον ίδιο ρυθμό στο σεληνιακό έδαφος που περισύλλεξε το Apollo όπως και στο γήινο έδαφος. Αλλά ενώ τα φυτά στο έδαφος στη γη ανέπτυξαν ριζικό υπόβαθρο και έβγαλαν φύλλα, τα φυτά του Apollo ήταν καχεκτικά και είχαν υπανάπτυκτη ανάπτυξη στις ρίζες τους. Ο κύριος άξονας της έρευνας ήταν η εξέταση των φυτών σε γενετικό επίπεδο. Αυτό επέτρεψε στους επιστήμονες να αναγνωρίσουν ποιοι συγκεκριμένοι περιβαλλοντικοί παράγοντες προκαλούσαν τις ισχυρότερες γενετικές αντιδράσεις στο στρες. Διαπίστωσαν ότι το μεγαλύτερο μέρος της αντίδρασης στο στρες σε όλα τα φυτά του Apollo προερχόταν από άλατα, μέταλλα και οξυγόνο που είναι ιδιαίτερα αντιδραστικά (τα δύο τελευταία δεν είναι κοινά στο γήινο έδαφος) στα σεληνιακά δείγματα.
Τα τρία δείγματα του Apollo επηρεάστηκαν σε διαφορετικό βαθμό, με τα δείγματα Apollo 11 να αναπτύσσονται πιο αργά. Δεδομένου ότι η χημική και ορυκτολογική σύνθεση των τριών εδαφών του του Apollo ήταν αρκετά παρόμοια μεταξύ τους και με το δείγμα που πάρθηκε από τη γη, οι ερευνητές υποπτεύθηκαν ότι τα θρεπτικά συστατικά δεν ήταν ο μόνος παράγοντας που έπαιζε ρόλο. Το έδαφος της γης, που ονομάζεται JSC-1A, δεν είναι ένα κανονικό έδαφος, αλλά ένα μείγμα ορυκτών που παρασκευάστηκε ειδικά για να προσομοιάζει τη σεληνιακή επιφάνεια και δεν περιείχε καθόλου οργανική ύλη.
Το αρχικό υλικό ήταν βασάλτης (είναι έκχυτο εκρηξιγενές πέτρωμα το οποίο σχηματίζεται από την ταχεία ψύξη βασαλτικής λάβας που εκτίθεται στην ή κοντά στην επιφάνεια ενός πλανήτη ή δορυφόρου), όπως ακριβώς και το σεληνιακό έδαφος. Η γήινη εκδοχή περιείχε επίσης φυσικό ηφαιστειακό γυαλί ως ανάλογο για τα «υαλώδη θραύσματα» – μικρά θραύσματα ορυκτών αναμεμειγμένα με λιωμένο γυαλί – που είναι άφθονα στο σεληνιακό έδαφος. Οι επιστήμονες αναγνώρισαν αυτές τις κολλητικές ουσίες ως έναν από τους πιθανούς λόγους για την έλλειψη ανάπτυξης των φυτών στο έδαφος του Apollo, σε σύγκριση με το γήινο έδαφος, καθώς και για τη διαφορά στα πρότυπα ανάπτυξης μεταξύ των τριών σεληνιακών δειγμάτων.
Τα θραύσματα είναι ένα κοινό χαρακτηριστικό της σεληνιακής επιφάνειας. Κατά ειρωνικό τρόπο, σχηματίζονται από μια διαδικασία που αναφέρεται ως «σεληνιακή κηπουρική». Πρόκειται για τον τρόπο με τον οποίο αλλάζει ο το έδαφος της Σελήνης, μέσω της έκθεσης της επιφάνειας της Σελήνης από κοσμική ακτινοβολία, ηλιακό άνεμο και μικροσκοπικούς μετεωρίτες, που είναι γνωστοί και ως διαστημική αποσάθρωση. Επειδή δεν υπάρχει ατμόσφαιρα για να επιβραδύνει τους μικροσκοπικούς μετεωρίτες που προσκρούουν στην επιφάνεια, αυτοί προσκρούουν με μεγάλη ταχύτητα, προκαλώντας λιώσιμο και στη συνέχεια ταχεία ψύξη στο σημείο της πρόσκρουσης. Σταδιακά, δημιουργούνται μικρά σωματίδια ορυκτών που συνδέονται μεταξύ τους με γυαλί. Περιέχουν επίσης μικροσκοπικά σωματίδια μεταλλικού σιδήρου (nanophase iron) που σχηματίζονται από τη διαδικασία της διαστημικής αποσάθρωσης.
Έτσι, η παρουσία συγκολλητικών ουσιών στα σεληνιακά υποστρώματα προκάλεσε δυσκολίες στα φυτά του Apollo σε σύγκριση με τα φυτά που αναπτύχθηκαν στο JSC-1A, και ιδιαίτερα τα φυτά του Apollo-11. Η αφθονία των ουσιών αυτών σε ένα δείγμα σεληνιακού εδάφους εξαρτάται από το χρονικό διάστημα που το υλικό εκτίθεται στην επιφάνεια, το οποίο αναφέρεται ως «ωριμότητα» ενός σεληνιακού εδάφους. Τα πολύ ώριμα εδάφη βρίσκονται στην επιφάνεια για μεγάλο χρονικό διάστημα. Βρίσκονται σε μέρη όπου ο το σεληνιακό έδαφος δεν έχει διαταραχθεί από πιο πρόσφατα γεγονότα πρόσκρουσης που δημιούργησαν οι κρατήρες, ενώ τα μη ώριμα εδάφη (από κάτω από την επιφάνεια) εμφανίζονται γύρω από φρέσκους κρατήρες και σε απότομες πλαγιές κρατήρων.
Τα τρία δείγματα του Apollo είχαν διαφορετική ωριμότητα, με το υλικό του Απόλλων 11 να είναι το πιο ώριμο. Περιείχε τον περισσότερο σίδηρο νανοφάσης και παρουσίαζε τους υψηλότερους δείκτες στρες που σχετίζονται με μέταλλα στο γενετικό του προφίλ.
Η σημασία του νέου εδάφους
Η μελέτη καταλήγει στο συμπέρασμα ότι το πιο ώριμο σεληνιακό έδαφος ήταν λιγότερο αποτελεσματικό υπόστρωμα για την ανάπτυξη των φυτών από ό,τι το λιγότερο ώριμο έδαφος. Αυτό είναι ένα σημαντικό συμπέρασμα, διότι αποδεικνύει ότι τα φυτά θα μπορούσαν να αναπτυχθούν σε σεληνιακά περιβάλλοντα χρησιμοποιώντας τους πόρους του εδάφους της Σελήνης. Το βασικό εδώ είναι ότι η θέση του σεληνιακού περιβάλλοντος εξαρτάται από την ωριμότητα του εδάφους. Και μια τελευταία σκέψη: μου έκανε εντύπωση ότι τα ευρήματα θα μπορούσαν επίσης να εφαρμοστούν σε ορισμένες από τις φτωχές περιοχές του κόσμου μας. Δεν θέλω να επαναλάβω το παλιό επιχείρημα «Γιατί να ξοδεύουμε όλα αυτά τα χρήματα για τη διαστημική έρευνα όταν θα μπορούσαν να δαπανηθούν καλύτερα σε σχολεία και νοσοκομεία;». Αυτό ίσως θα ήταν το θέμα ενός άλλου άρθρου.
Υπάρχουν όμως τεχνολογικές εξελίξεις που προκύπτουν από αυτή την έρευνα που θα μπορούσαν να εφαρμοστούν στη γη; Θα μπορούσαν αυτά που έχουν μάθει για τις γενετικές αλλαγές που σχετίζονται με το στρες να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη καλλιεργειών με μεγαλύτερη αντοχή στην ξηρασία; Ή φυτά που θα μπορούσαν να ανεχθούν υψηλότερα επίπεδα μετάλλων; Θα ήταν ένα μεγάλο επίτευγμα αν πετύχαινε η ανάπτυξη φυτών στη Σελήνη, καθώς θα βοηθούσε σε μεγάλο βαθμό να βοηθήσει στο να γίνουν οι κήποι στη γη πιο πράσινοι.
