登月球、探火星,人類懷揣著去其他星球定居的夢想。
要實現(xiàn)這一夢想,除了需要“星艦”之類重型運載工具外,還取決于一個重要因素,即人類能否在外星球培育出農(nóng)作物,以維持長久的生存。
如今,研究人員正在這一領(lǐng)域邁進(jìn)——首次在模擬的月球土壤中種植鷹嘴豆,為科學(xué)家進(jìn)一步研究在外太空種植食物積累經(jīng)驗,也為未來載人任務(wù)中減少對包裝食品的依賴鋪平道路。
自創(chuàng)土壤“改良劑”
與地球土壤相比,月球土壤對植物并不友好。
它缺乏植物生長所需的養(yǎng)分——富含營養(yǎng)物質(zhì)的有機(jī)物和微生物,卻充斥著重金屬和其他毒素,這些毒素會“殺死”種子并阻礙植物生長。
不僅如此,月球的微重力環(huán)境也會損害植物有效吸收營養(yǎng)和氧氣的能力,導(dǎo)致所謂根區(qū)缺氧。因此,要在月球土壤中種植農(nóng)作物并非易事。
為解決這些問題,來自美國得克薩斯州農(nóng)工大學(xué)和布朗大學(xué)的兩名科研人員杰西卡·阿特金和薩拉·奧利維拉·桑托斯嘗試引入真菌和蚯蚓糞來改良月壤。
阿特金說,叢枝菌根真菌能分泌出一種蛋白質(zhì),包圍重金屬,使其不易被植物吸收。與此同時,叢枝菌根真菌還能幫助消除輻射和微重力對植物生長的影響。
除了叢枝菌根真菌,蚯蚓糞對改良月壤也能起到幫助作用。這種天然肥料富含植物生長所需的氮和磷等營養(yǎng)素。
至于為何選擇種植鷹嘴豆,科研人員表示,這種豆類作物不僅含有高蛋白,而且體積小,抗壓能力強(qiáng),比其他糧食作物需要更少的水和氮,同時還能與多種微生物形成共生關(guān)系。
由于地球上沒有足夠的月壤進(jìn)行實驗,科研人員復(fù)制了“阿波羅”任務(wù)帶回的月壤樣本。他們從地球的地質(zhì)材料中取材,如玻璃和橄欖石、斜長石、鉻鐵礦等礦物,以模擬月壤,相似度達(dá)到99%。
科研人員觀察發(fā)現(xiàn),鷹嘴豆幼苗生長過程中,起初表現(xiàn)出應(yīng)激特征,似乎在掙扎。但在第7周左右,叢枝菌根真菌開始施展“魔力”,一些鷹嘴豆幼苗的應(yīng)激現(xiàn)象減少;到第10周,它們開始開花。相比之下,在未引入?yún)仓婢哪M月壤中生長的鷹嘴豆幼苗會漸漸枯萎,葉綠素含量也較低。
不過,科研人員尚未驗證這些鷹嘴豆是否可安全食用,即不含重金屬,對此尚需時日。
有助于恢復(fù)可耕地
佛羅里達(dá)大學(xué)跨學(xué)科生物技術(shù)研究中心主任、太空生物學(xué)家安娜·麗莎·保羅表示,在模擬月壤中種植鷹嘴豆是“一項扎實、出色的工作”,其建立在過去幾十年美國國家航空航天局以及其他科學(xué)家進(jìn)行大量科學(xué)研究的基礎(chǔ)上。
2022年,佛羅里達(dá)大學(xué)的科研人員曾在“阿波羅”任務(wù)期間收集的月球風(fēng)化層土壤中種植出擬南芥種子——一種芥菜科的小型雜草。
根據(jù)保羅的說法,下一步將研究混合真菌和蚯蚓糞的“改良劑”能否在真正的月球土壤中發(fā)揮作用。
在奧利維拉看來,由于氣候變化正在威脅生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)發(fā)展,這項研究還可以幫助恢復(fù)和保護(hù)地球上脆弱的可耕地。