Wissenschaftler züchten Pflanzen in Erde vom Mond

Eine Premiere: Wissenschaftler züchten Pflanzen in Erde vom Mond

Arabidopsis-Pflanzen 6 Tage nachdem die Samen gepflanzt wurden. Die vier Vertiefungen auf der linken Seite enthalten Pflanzen, die in JSC-1A-Mondbodensimulation wachsen. Die drei Brunnen auf der rechten Seite enthalten Pflanzen, die in Mondböden wachsen, die während der Apollo-Missionen 11, 12 und 17 gesammelt wurden. UF/IFAS-Foto von Tyler Jones. Bildnachweis: UF/IFAS, Tyler Jones

Wissenschaftler haben Pflanzen in Erde vom Mond gezüchtet, eine Premiere in der Menschheitsgeschichte und ein Meilenstein in der Mond- und Weltraumforschung.

In einem neuen Artikel, der in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Kommunikationsbiologiehaben Forscher der University of Florida gezeigt, dass Pflanzen auf dem Mond erfolgreich sprießen und wachsen können Boden. Ihre Studie untersuchte auch, wie Pflanzen biologisch auf den Boden des Mondes reagieren, auch bekannt als Mond-Regolithder sich radikal von dem auf der Erde gefundenen Boden unterscheidet.

Diese Arbeit ist ein erster Schritt, um eines Tages Pflanzen für Nahrung und Sauerstoff auf dem Mond oder währenddessen anzubauen Weltraummissionen. Diese Forschung kommt unmittelbar, da das Artemis-Programm plant, Menschen zum Mond zurückzubringen.

„Artemis erfordert ein besseres Verständnis dafür, wie man Pflanzen im Weltraum anbaut“, sagte Rob Ferl, einer der Autoren der Studie und angesehener Professor für Gartenbauwissenschaften am UF-Institut für Lebensmittel- und Agrarwissenschaften (UF/IFAS).

Schon in den frühen Tagen der Monderkundung spielten Pflanzen eine wichtige Rolle, sagte Anna-Lisa Paul, ebenfalls eine der Autorinnen der Studie und Forschungsprofessorin für Gartenbauwissenschaften an der UF/IFAS.

„Pflanzen haben dazu beigetragen, dass die Bodenproben vom Mond zurückgebrachte Pflanzen enthielten keine Krankheitserreger oder andere unbekannte Komponenten, die das Leben auf der Erde schädigen würden, aber diese Pflanzen waren nur mit dem Mond-Regolith bestäubt und wurden nie wirklich darin gezüchtet”, sagte Paul.

Eine Premiere: Wissenschaftler züchten Pflanzen in Erde vom Mond

Anna-Lisa Paul versucht, die Mondböden mit einer Pipette zu befeuchten. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Böden Wasser abwiesen (hydrophob waren), was dazu führte, dass das Wasser an der Oberfläche abperlte. Aktives Rühren des Materials mit Wasser war erforderlich, um die Hydrophobizität zu brechen und den Boden gleichmäßig zu benetzen. Einmal befeuchtet, konnten die Mondböden durch Kapillarwirkung für die Pflanzenkultur befeuchtet werden. Bildnachweis: UF/IFAS, Tyler Jones

Paul und Ferl sind international anerkannte Experten für das Studium von Pflanzen im Weltraum. Über das UF Space Plants Lab haben sie Experimente zu Raumfähren, zur Internationalen Raumstation und zu suborbitalen Flügen geschickt.

„Für zukünftige, längere Weltraummissionen können wir den Mond als Drehscheibe oder Startrampe nutzen. Es macht Sinn, dass wir den bereits vorhandenen Boden für den Pflanzenanbau nutzen wollen“, sagte Ferl. „Was passiert also, wenn man Pflanzen in Monderde anbaut, etwas, das völlig außerhalb der evolutionären Erfahrung einer Pflanze liegt? Was würden Pflanzen in einem Mondgewächshaus tun? Könnten wir Mondbauern haben?“

Um diese Fragen zu beantworten, entwarfen Ferl und Paul ein täuschend einfaches Experiment: Pflanzen Sie Samen in Monderde, fügen Sie Wasser, Nährstoffe und Licht hinzu und zeichnen Sie die Ergebnisse auf.

Die Komplikation: Die Wissenschaftler hatten nur 12 Gramm – nur wenige Teelöffel – Monderde, um dieses Experiment durchzuführen. Diese von der NASA geliehene Erde wurde während der Missionen von Apollo 11, 12 und 17 zum Mond gesammelt. Paul und Ferl bewarben sich im Laufe von 11 Jahren dreimal um eine Chance, mit dem Mond-Regolith zu arbeiten.

Die geringe Bodenmenge, ganz zu schweigen von ihrer unschätzbaren historischen und wissenschaftlichen Bedeutung, bedeutete, dass Paul und Ferl ein kleines, sorgfältig choreografiertes Experiment entwerfen mussten. Um ihren winzigen Mondgarten anzubauen, verwendeten die Forscher fingerhutgroße Vertiefungen in Plastikplatten, die normalerweise zur Zellkultur verwendet werden. Jeder Brunnen fungierte als Topf. Sobald sie jeden “Topf” mit etwa einem Gramm Monderde gefüllt hatten, befeuchteten die Wissenschaftler die Erde mit einer Nährlösung und fügten einige Samen der Arabidopsis-Pflanze hinzu.

Arabidopsis wird in den Pflanzenwissenschaften häufig verwendet, da sein genetischer Code vollständig kartiert wurde. Der Anbau von Arabidopsis im Mondboden ermöglichte den Forschern einen besseren Einblick in die Auswirkungen des Bodens auf die Pflanzen bis hin zur Ebene der Genexpression.

Eine Premiere: Wissenschaftler züchten Pflanzen in Erde vom Mond

Rob Ferl (links) und Anna-Lisa Paul betrachten die Platten, die teilweise mit Monderde und teilweise mit Kontrollerden gefüllt sind, jetzt unter LED-Wachstumslampen. Ob die Samen im Mondboden überhaupt keimen würden, wussten die Wissenschaftler damals noch nicht. Bildnachweis: UF/IFAS, Tyler Jones

Als Vergleichspunkte pflanzten die Forscher auch Arabidopsis in JSC-1A, eine terrestrische Substanz, die echten Mondboden nachahmt, sowie simulierte Marsböden und terrestrische Böden aus extremen Umgebungen. Die Pflanzen, die in diesen nicht-lunaren Böden angebaut wurden, bildeten die Kontrollgruppe des Experiments.

Vor dem Experiment waren sich die Forscher nicht sicher, ob die in die Mondböden gepflanzten Samen keimen würden. Aber fast alle taten es.

“Wir waren erstaunt. Das haben wir nicht vorhergesehen”, sagte Paul. “Das sagte uns, dass die Mondböden die Hormone und Signale, die an der Pflanzenkeimung beteiligt sind, nicht unterbrachen.”

Im Laufe der Zeit beobachteten die Forscher jedoch Unterschiede zwischen den im Mondboden gewachsenen Pflanzen und der Kontrollgruppe. Beispielsweise waren einige der auf den Mondböden gewachsenen Pflanzen kleiner, wuchsen langsamer oder waren unterschiedlicher in der Größe als ihre Gegenstücke.

Dies seien alles physische Anzeichen dafür, dass die Pflanzen daran arbeiteten, mit der chemischen und strukturellen Zusammensetzung des Mondbodens fertig zu werden, erklärte Paul. Dies wurde weiter bestätigt, als die Forscher die Genexpressionsmuster der Pflanzen analysierten.

„Auf genetischer Ebene zogen die Pflanzen die Werkzeuge heraus, die typischerweise zur Bewältigung von Stressoren wie Salz und Metallen oder verwendet werden oxidativen Stressso dass wir schlussfolgern können, dass die Pflanzen die Umgebung des Mondbodens als stressig empfinden“, sagte Paul. „Letztendlich möchten wir die Genexpressionsdaten verwenden, um zu untersuchen, wie wir die Stressreaktionen auf das Niveau verbessern können, auf dem Pflanzen – insbesondere Feldfrüchte – sind in der Lage, auf Mondboden mit sehr geringen Auswirkungen auf ihre Gesundheit zu wachsen.

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Anna-Lisa Paul, links, und Rob Ferl, die in ihrem Labor mit Mondböden arbeiten. Bildnachweis: UF/IFAS, Tyler Jones

Wie Pflanzen auf Mondboden reagieren, kann damit zusammenhängen, wo der Boden gesammelt wurde, sagten Ferl und Paul, die an der Studie mit Stephen Elardo, einem Assistenzprofessor für Geologie an der UF, zusammengearbeitet haben.

Die Forscher fanden zum Beispiel heraus, dass die Pflanzen mit den meisten Anzeichen von Stress diejenigen waren, die in dem gewachsen sind, was Mondgeologen als reifen Mondboden bezeichnen. Diese reifen Böden sind diejenigen, die einem stärkeren kosmischen Wind ausgesetzt sind, der ihre Zusammensetzung verändert. Andererseits schnitten Pflanzen, die auf vergleichsweise weniger reifen Böden angebaut wurden, besser ab.

Der Anbau von Pflanzen in Mondböden kann auch die Böden selbst verändern, sagte Elardo.

„Der Mond ist ein sehr, sehr trockener Ort. Wie werden Mineralien im Mondboden darauf reagieren, dass eine Pflanze darin wächst, mit dem hinzugefügten Wasser und den Nährstoffen? Wird das Hinzufügen von Wasser die Mineralogie für Pflanzen gastfreundlicher machen?“ sagte Elardo.

Folgestudien werden auf diesen und weiteren Fragen aufbauen. Vorerst feiern die Wissenschaftler, dass sie die ersten Schritte zum Anbau von Pflanzen auf dem Mond unternommen haben.

„Wir wollten dieses Experiment machen, weil wir uns jahrelang diese Frage gestellt haben: Würde Sämlinge Einwachsen Mondboden,” sagte Ferl. „Die Antwort, wie sich herausstellt, ist ja.”


Mondboden hat das Potenzial, Sauerstoff und Treibstoff zu erzeugen


Mehr Informationen:
Anna-Lisa Paul, Pflanzen, die im Apollo-Mond-Regolith wachsen, präsentieren stressassoziierte Transkriptome, die die Aussichten für die Monderkundung informieren, Kommunikationsbiologie (2022). DOI: 10.1038/s42003-022-03334-8. www.nature.com/articles/s42003-022-03334-8

Zur Verfügung gestellt von
Universität von Florida


Zitieren: A first: Scientists grow plants in earth from the Moon (2022, 12. Mai), abgerufen am 12. Mai 2022 von https://phys.org/news/2022-05-scientists-soil-moon.html

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