“月球殖民”的一小步：科學家首次在月球土壤中種出植物

大數據文摘轉載自學術頭條

1969 年，美國宇航員尼爾·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）成功登陸月球，邁出了“他的一小步”“人類的一大步”。

自此以后，盡管人類從未再登上月球，但對殖民月球的向往與探索卻并沒有停止。

科學研究證明，人類是可以在月球上生存的，因為月球的重力實際上可能比宇航員在國際空間站體驗的微重力更有利于生命。

因此，作為地球唯一的天然衛星和離地球最近的天體，月球被認為是人類第一個永久外行星殖民地的最佳候選地。

但是，如果想要在月球上實現長期殖民的目標，人類就必須擺脫昂貴的航天補給任務，具備利用月球本地資源制造出維持生命所需物質的能力。

如今，一項最新研究為人類實現長期殖民月球的目標提供了新的可能。

來自美國佛羅里達大學（University of Florida）的研究團隊，在月球土壤中種植出了擬南芥植株，證明了植物可以在月球土壤中成功發芽和生長。

這是人類歷史上的第一次，也是月球探測和太空探索的里程碑，是未來在月球或太空任務期間種植植物和產生氧氣的第一步。

相關研究論文以“Plants grown in Apollo lunar regolith present stress-associated transcriptomes that inform prospects for lunar exploration”為題，于 5 月 12 日發表在科學期刊 Communications Biology 上。

“我們想做這個實驗，是因為多年來我們一直在思考這個問題，‘植物能在月球土壤中生長嗎？’”論文通訊作者之一 Robert Ferl 說，“答案是肯定的。”

月壤長出了“植物中的果蠅”

擬南芥，又名鼠耳芥、阿拉伯芥、阿拉伯草，與油菜、卷心菜等同為十字花科植物。

擬南芥廣泛分布于歐亞大陸和非洲西北部，在中國內蒙古、陜西、四川、云南等地均有生長。

擬南芥具有植株較小、繁殖速度快、易于在實驗室培養等特點，是全球范圍內應用最廣泛的模式植物，被譽為“植物中的果蠅”。

在此次工作中，研究團隊使用的月球土壤來自阿波羅 11 號、12 號和 17 號月球探測任務。

他們將擬南芥植株放置在 12 個月球土壤樣本中進行培養，并對比了這些植物之間、以及與 16 份在地球火山灰樣本中生長的擬南芥，是否存在生長和基因表達差異（火山灰的顆粒大小和礦物組成與月球土壤類似）。

圖｜生長在月球土壤中的擬南芥（來源：Communications Biology）

研究結果表明，雖然擬南芥可以在月球土壤生長，但與在地球火山灰中的生長情況相比，生長速度較慢，需要更長時間展葉，會表現出更多的應激跡象（生長受阻，含有發紅的黑色素），尤其是那些更多暴露于月球表面的土壤。

圖｜第 16 天，火山灰中的植物（左）和月球土壤中的植物（右）有了明顯的生理差異（來源：Communications Biology）

另外，研究團隊對三株較小、顏色較暗淡的植株進行的遺傳分析表明，這些植株有超過 1000 個基因（大多與應激有關）的表達水平與火山灰中植株不同。

圖｜研究團隊在實驗室中操作月球土壤（來源：Communications Biology）

此外，研究團隊還發現，阿波羅 11 號采集樣本中生長的植株，長勢弱于阿波羅 12 號和 17 號樣本中植株，與火山灰中植株相比表達了更多不同水平的基因。

阿波羅 11、12 和 17 號收集樣本中的植株分別表達了 465、265 和 113 個不同水平的基因。這些基因中 71% 與鹽分、金屬和含活性氧分子造成的應激有關。

研究團隊推測，宇宙射線和太陽風破壞了月球土壤，而且這些土壤中含有微小的鐵顆粒，或誘發植物的應激反應，損害其發育。

未來，為了讓植物能在月球土壤中更有效地生長，研究團隊還需要進一步研究植物和月壤的相互作用。

沖向月球

月球殖民，是一種人類永久居住在月球的構想。

著名的科幻小說作家 Arthur Clarke 于 1954 年就曾經提出人類在月球上建立基地，并使用充氣組件包覆月球基地以阻絕月塵進入的構想。

人類在地球以外的天體殖民，常是科幻小說的主題之一。

圖｜1986 年，藝術家描繪設想的月球基地（來源：維基百科）

隨著地球上的人口增加與科技的日益進步，“太空殖民”這一話題被人類越來越多地拿來討論。

月球是距離地球最近的天體，被科學家們視為第一個永久的外行星殖民地的最佳的候選地。

但是，目前阻礙殖民地發展的主要問題是航天成本太高。

在天然天體上建立殖民地，需要豐富的原料來提供建筑與其他用途（比如隔絕輻射線）所需，從月球運送物質所需的能量要比從地球運送所需的能量要少。

因此，月球非常合適用于太空船能量及燃料補給。

論文通訊作者之一 Robert Ferl 表示，未來人類要完成更長時間的太空任務，把月球作為一個中心或****臺，利用月球上已經存在的土壤來種植植物是一種很合理的選擇。

參考資料：
https://www.nature.com/articles/s42003-022-03334-8
https://en.wikipedia.org/wiki/Arabidopsis_thaliana
https://en.wikipedia.org/wiki/Colonization_of_the_Moon