各位地球人，月亮上要是能種菜，你敢吃嗎？

還記得電影《絕地救援》中種馬鈴薯的情節嗎？為了生存，男主角在火星上種植了兩年的馬鈴薯，最終為自己等到了同伴的救援。如果有一天，當人類離開故土、啟程深空旅行，我們真的可以在另一個星球的土壤上種植作物嗎？

現在，科學家在這個問題上取得了一項重要突破。利用半個世紀前阿波羅計劃從月球取回的土壤，佛羅里達大學的研究團隊在月球土壤中種下的植物成功發芽、生長。雖然生長情況不及地球土壤，但作為人類首次利用月壤種植植物的嘗試，這項研究證實了其可行性，也為未來的太空探索鋪平道路。該研究已發表於Communications Biology雜誌。


利用月球土壤種出的擬南芥（圖片來源：UF/IFAS photo by Tyler Jones）

儘管月球本身的條件不適合人類生存，但未來當人們面臨著更漫長的太空探索任務時，月球或許可以成為中轉站甚至是深空旅行的發射台。因此，如果可以在月壤中直接種植作物，未來人們可能不需要從地球攜帶食物資源。但問題是，沒有人知道營養貧瘠的月壤能否種出植物。

論文作者之一，佛羅里達大學教授Anna-Lisa Paul表示，即使是在月球探索的早期階段，植物也發揮了重要作用：「植物可以幫助我們確認，從月球帶回的土壤樣本沒有攜帶病原體或其他危害地球生命的未知成分。不過，這些研究只是給植物撒上了月球土壤，但它們實際上從未在月壤中生長。」



為了回答這個問題，研究團隊設計了一個看似簡單的「種菜」實驗。他們向NASA申請到使用月壤的機會，這些土壤分別是由阿波羅11號、12號和17號探月任務收集並帶回的。

但難點在於，科學家們手中的月壤只有12克，他們需要用這少得可憐的材料完成這項實驗。

這意味著研究團隊必須要精心設計一個足夠小規模的實驗。為此，他們用到了細胞培養板，上面是一個個直徑只有1厘米多的小坑——這些坑就成了種子發芽、生長的「花盆」。研究人員用大約1克的月壤來填充每一個坑，並用營養液浸潤土壤。


研究團隊在細胞培養板中種下植物（圖片來源：UF/IFAS photo by Tyler Jones）

他們選擇的植物種子，是常見模式植物十字花科的擬南芥。種植這種遺傳密碼已經被完全破解的明星植物，不僅能深入了解月壤如何影響植物的生長，還能揭示基因表達的變化。

作為對照，研究團隊還在模擬月球土壤的地球火山灰、模擬的火星土壤以及極端條件下的地球土壤中種下擬南芥。

在實驗開始時，研究人員都十分忐忑，因為他們不確定種植在月壤中的種子是否會發芽。但兩天后，令他們驚喜的結果出現了：幾乎所有種子都成功發芽。這說明了月壤並不會中斷植物種子發芽所需的激素和其他信號。


月壤及對照組中植物的生長情況（圖片來源：參考資料[1]）

不過，在第6天之後他們注意到，在地球土壤與月壤中生長的擬南芥開始表現出明顯差異。月壤中的植株更小、生長更緩慢，並且不同植株長勢層次不齊。此外，一些植株葉片也出現了發育不良的現象。

Paul教授解釋稱，這些跡像說明植物正在努力適應月壤的化學組成。隨後，從這些植物的基因表達模式中，這一點得到了進一步證實。

到了第20天，就在植物將要開花之前，研究團隊收穫了植物並將它們磨碎，用於RNA測序。

「在基因水平上，植物用到了一些通常用於應對各種壓力（如鹽、金屬和氧化應激）的工具，因此我們可以推測，對這些植物而言，月壤是一種生存壓力，」Paul教授表示，「最終，我們希望這些基因表達數據可以幫助我們思考，如何改善其壓力應對水平，從而讓植物（尤其是農作物）可以在月壤中同樣健康成長。」


論文作者Rob Ferl教授（左）與Anna-Lisa Paul教授（右）在實驗室中觀察植株生長情況（圖片來源：UF/IFAS photo by Tyler Jones）

值得注意的是，實驗中使用的月壤樣本是從月球的不同區域收集的，而這也體現在不同植株應答方式的差異上。壓力最大的植物生長在「成熟月壤」中，這些土壤暴露在宇宙風中的時間更長，因此其成分改變更加明顯。

這項研究不僅為將來的月球種植計劃奠定了基礎，還引出了一系列有待研究的問題：當我們破解了調節植物在月壤中生長的基因，我們能否利用這些信息來幫助植物應對生長壓力？對月壤的研究，又能否幫助我們了解植物在火星土壤中的生存情況？

「這項研究對於長期的人類太空探索目標至關重要，我們需要利用月球與火星上的資源，為未來參與深空旅行的人們提供食物來源。」NASA局長Bill Nelson說，「這項研究還展示了NASA的研究如何實現農業創新，這些創新還將幫助我們理解地球上壓力條件下植物的生長方式。」

最終，無論是邁向星空深處，還是堅守在這片藍色星球，這些看似微不足道的土壤與植株都將告訴我們：即使在無比惡劣的條件下，生命同樣能找到生存之道。

參考資料：
[1] Paul， AL.， Elardo， SM & Ferl， R. Plants grown in Apollo lunar regolith present stress-associated transcriptomes that inform prospects for lunar exploration. Commun Biol 5， 382 (2022).
[2] A first: Scientists grow plants in soil from the Moon. Retrieved May 12， 2022
[3] Scientists Grow Plants in Lunar Soil. Retrieved May 12， 2022

本文來自：學術經緯