Ορόσημο στην εξερεύνηση του Διαστήματος

Επιστήμονες καλλιέργησαν φυτά σε σεληνιακό έδαφος για πρώτη φορά στην ανθρώπινη ιστορία- μια εξέλιξη που αποτελεί ορόσημο για την εξερεύνηση του Διαστήματος.

Σε νέο επιστημονικό άρθρο που δημοσιεύτηκε στο Communications Biology ερευνητές του University of Florida έδειξαν πως φυτά μπορούν να βλαστήσουν και μεγαλώσουν σε σεληνιακό έδαφος. Στο πλαίσιο της έρευνας επίσης διερευνήθηκε το πώς τα φυτά αντιδρούσαν βιολογικά στο σεληνιακό έδαφος, γνωστό επίσης ως σεληνιακός ρεγόλιθος, που είναι σημαντικά διαφορετικό από το έδαφος που βρίσκουμε στη Γη.

Η δουλειά αυτή είναι ένα πρώτο βήμα προς την κατεύθυνση της καλλιέργειας φυτών για τροφή και οξυγόνο στη Σελήνη ή κατά τη διάρκεια διαστημικών αποστολών. Σε πιο βραχυπρόθεσμο πλαίσιο, η έρευνα αυτή έρχεται ενώ το Πρόγραμμα Άρτεμις (Artemis Program) στοχεύει στην επιστροφή ανθρώπων στη Σελήνη.

«Το Άρτεμις θα προϋποθέτει καλύτερη κατανόηση του πώς καλλιεργούμε φυτά στο Διάστημα» είπε ο Ρομπ Φερλ, ένας εκ των συντελεστών της έρευνας και καθηγητής γεωργικών επιστημών στο UF Institute of Food and Agricultural Sciences (UF/ IFAS).

Ακόμα και στον πρώτο καιρό της εξερεύνησης της Σελήνης, τα φυτά έπαιζαν σημαντικό ρόλο, είπε η Άννα Λίζα Πολ, άλλη μία εκ των συντελεστών της έρευνας και ερευνήτρια καθηγήτρια στο UF/IFAS.

«Τα φυτά βοήθησαν να διαπιστωθεί πως τα δείγματα εδάφους που μεταφέρθηκαν από τη Σελήνη δεν είχαν παθογόνα ή άλλα άγνωστα στοιχεία που θα μπορούσαν να βλάψουν τη ζωή στη Γη, μα αυτά τα φυτά απλά ψεκάστηκαν με τον σεληνιακό ρεγόλιθο, δεν καλλιεργήθηκαν σε αυτόν» είπε η Πολ.

Η Πολ και ο Φερλ είναι διεθνώς αναγνωρισμένοι ειδικοί στη μελέτη των φυτών στο Διάστημα. Μέσω του UF Space Plants Lab έχουν στείλει πειράματα σε διαστημικά λεωφορεία, στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό και σε υποτροχιακές πτήσεις.

«Για μελλοντικές, μεγαλύτερες διαστημικές αποστολές, μπορούμε να χρησιμοποιούμε τη Σελήνη ως hub ή εξέδρα εκτόξευσης. Είναι λογικό να θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε το έδαφος που υπάρχει ήδη εκεί για την καλλιέργεια φυτών» είπε ο Φερλ. «Οπότε τι συμβαίνει όταν καλλιεργείς φυτά σε σεληνιακό έδαφος, που είναι τελείως εκτός της εξελικτικής εμπειρίας ενός φυτού; Τι θα έκαναν τα φυτά σε ένα σεληνιακό θερμοκήπιο; Θα μπορούσαμε να έχουμε σεληνιακούς αγρότες;».

Για να απαντηθούν αυτά τα ερωτήματα, οι Φερλ και Πολ σχεδίασαν ένα φαινομενικά απλό πείραμα: Φύτεμα σπόρων σε σεληνιακό έδαφος, νερό, θρεπτικές ουσίες και φως- και μετά καταγραφή των αποτελεσμάτων.

Το πρόβλημα είχε ως εξής: Οι επιστήμονες είχαν μόλις 12 γραμμάρια σεληνιακού εδάφους για το πείραμά τους. Δανεικό από τη NASA, το έδαφος αυτό είχε συλλεχθεί κατά τις αποστολές των Απόλλων 11, 12 και 17 στη Σελήνη. Οι Πολ και Φερλ υπέβαλαν αιτήματα τρεις φορές μέσα σε 11 χρόνια για μια ευκαιρία να δουλέψουν με τον σεληνιακό ρεγόλιθο.

Η μικρή ποσότητα εδάφους σήμαινε ότι οι δύο ερευνητές έπρεπε να κάνουν τον σχεδιασμό τους σε πολύ μικρή κλίμακα, σε ένα σε πολύ μεγάλο βαθμό χορογραφημένο πείραμα. Για να καλλιεργήσουν τον μικρό τους σεληνιακό κήπο, χρησιμοποίησαν «πηγάδια» μεγέθους δαχτυλήθρας σε πλαστικά πιάτα που κανονικά χρησιμοποιούνται για την καλλιέργεια κυττάρων. Το καθένα λειτούργησε σαν γλάστρα. Η κάθε γλάστρα γέμισε με ένα γραμμάριο σεληνιακού εδάφους και οι επιστήμονες το έβρεξαν με ένα διάλυμα θρεπτικών ουσιών, προσθέτοντας και λίγους σπόρους από το φυτό Arabidopsis, που χρησιμοποιείται ευρέως σε τέτοιες έρευνες επειδή ο γενετικός του κώδικας έχει χαρτογραφηθεί πλήρως. Η καλλιέργεια του Arabidopsis στο σεληνιακό έδαφος επέτρεψε στους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα το πώς το έδαφος επηρέαζε τα φυτά. Για σκοπούς σύγκρισης, οι ερευνητές φύτεψαν επίσης Arabidopsis και σε JSC-1A, μια ουσία που προσομοιώνει το σεληνιακό έδαφος, καθώς και προσομοιώσεις αρειανού εδάφους και γήινου εδάφους από ακραία περιβάλλοντα.

Πριν το πείραμα οι ερευνητές δεν ήξεραν κατά πόσον οι σπόροι θα μπορούσαν να βλαστήσουν- αλλά σχεδόν όλοι το έκαναν.

«Εκπλαγήκαμε. Δεν το προβλέπαμε αυτό» είπε η Πολ. «Αυτό μας είπε ότι τα σεληνιακά εδάφη δεν διατάρασσαν τις ορμόνες και τα σήματα που εμπλέκονται στη βλάστηση του φυτού».

Ωστόσο καθώς περνούσε ο χρόνος οι ερευνητές παρατήρησαν διαφορές μεταξύ των φυτών που καλλιεργήθηκαν στο σεληνιακό έδαφος και την ομάδα ελέγχου. Για παράδειγμα κάποια από τα φυτά που καλλιεργήθηκαν στα σεληνιακά χώματα ήταν μικρότερα, μεγάλωσαν πιο αργά ή είχαν μεγαλύτερη ποικιλομορφία σε μέγεθος σε σχέση με τα αντίστοιχά τους.

Όλα αυτά ήταν ενδείξεις πως τα φυτά προσπαθούσαν να ανταποκριθούν στη χημική και δομική σύνθεση του σεληνιακού χώματος, εξήγησε η Πολ. Αυτό επιβεβαιώθηκε περαιτέρω όταν οι ερευνητές ανέλυσαν τα μοτίβα γενετικής έκφρασης των φυτών.

«Σε γενετικό επίπεδο, τα φυτά αντλούσαν τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται για να ανταποκριθούν σε στρεσογόνους παράγοντες, όπως το αλάτι και τα μέταλλα ή το οξειδωτικό στρες, ώστε μπορούμε να βγάλουμε το συμπέρασμα πως τα φυτά αντιλαμβάνονται το περιβάλλον του σεληνιακού εδάφους ως στρεσογόνο» είπε η Πολ. «Εν τέλει θα θέλαμε να χρησιμοποιήσουμε τα δεδομένα γενετικής έκφρασης για να δούμε πώς μπορούμε να βελτιώσουμε τις αντιδράσεις στο στρες στο επίπεδο που τα φυτά- ειδικά οι καλλιέργειες- είναι σε θέση να μεγαλώσουν σε σεληνιακό έδαφος με πολύ μικρή επίδραση στην υγεία τους».

Το πώς τα φυτά αντιδρούν στο σεληνιακό έδαφος μπορεί να συνδέεται με το πώς το έδαφος συνελέγη, είπαν οι Φερλ και Πολ, που συνεργάστηκαν στη μελέτη με τον Στίβεν Ελάρντο, επίκουρο καθηγητή γεωλογίας στο UF. Για παράδειγμα, οι ερευνητές διαπίστωσαν πως τα φυτά με τις περισσότερες ενδείξεις στρες ήταν αυτά που καλλιεργούνταν σε αυτό που οι σεληνιακοί γεωλόγοι αποκαλούν ώριμο σεληνιακό χώμα. Αυτά τα χώματα είναι εκτεθειμένα σε περισσότερο κοσμικό άνεμο, που μεταβάλλει τη σύνθεσή τους. Από την άλλη πλευρά, τα φυτά που καλλιεργούνταν σε συγκριτικά λιγότερο ώριμα χώματα τα πήγαν καλύτερα.

Η καλλιέργεια φυτών σε σεληνιακά χώματα μπορεί επίσης να αλλάξει τα ίδια τα χώματα, είπε ο Ελάρντο: «Η Σελήνη είναι ένα πολύ, πολύ ξηρό μέρος. Πώς θα αντιδράσουν τα ορυκτά στο σεληνιακό έδαφος στο να έχεις ένα φυτό να μεγαλώνει σε αυτά, με το επιπρόσθετο νερό και τις θρεπτικές ουσίες; Θα κάνει την ορυκτολογία πιο φιλόξενη προς τα φυτά η πρόσθεση νερού;».

Κώστας Μαυραγάνης— HuffPost Greece