Uzgoj bilja u tlu Mjeseca otvara vrata osvajanju svemira

Naučnici sa Univerziteta Florida su u historijskom poduhvatu uzgojili sjeme bilja sa Zemlje u regolitu, odnosno tlu, prikupljenom prije više decenija tokom misija na Mjesec, što je postignuće koje najavljuje mogućnost korištenja zemaljskih biljaka za podršku ljudskim bazama na drugim svjetovima.

Za razliku od tla kakvo na Zemlji poznajemo, koje nastaje kombiniranim fizikalnim, hemijskim i biološkim procesima, u nastanku regolita ne sudjeluju biološki procesi, te stoga regolit nema organsku komponentu, odnosno, nema hranjivu vrijednost, pojašnjava dr. sc. Stefan Cikota, astrofizičar sa Fakulteta elektrotehnike i računarstva (FER) Sveučilišta u Zagrebu. Mjesečev regolit sastoji se uglavnom od silikatnih materijala, a nastao je isključivo mehaničkim usitnjavanjem stijena u procesima poput udara meteoroida ili izloženošću visokoenergetskom (kosmičkom) zračenju.

Ono što je dodatno zanimljivo u ovom uspjehu jeste da su korišteni uzorci regolita prikupljeni u misijama Apollo 11, 12 i 17 prije više od 50 godina.

Sadnice biljke “Talijin uročnjak” (lat. Arabidopsis thaliana) u kontroliranim laboratorijskim uvjetima sađene su u uzorke od po jednog grama Mjesečevog regolita, a uzorci su navlaženi vodom, dok su sadnice uz pažljivo održavanje svakodnevno primale hranjivu otopinu.

Ovaj uspjeh je značajan utoliko što nam govori da je načelno moguće uzgojiti biljke u tlu koje se nalazi lokalno na Mjesecu, ističe dr. Nenad Malenica, član Hrvatske udruge genetičkih inženjera i Hrvatskog društva za biljnu biologiju te član Vijeća za GMO pri Ministarstvu zdravstva Republike Hrvatske.

Kako kaže, ideja da u lunarnim habitatima biljke uzgajamo na supstratu donesenim sa Zemlje bi bila preskupa te je u tom kontekstu ovo istraživanje, uvjetno govoreći, obećavajuće. Dodatno, biljke bi se mogle uzgajati i hidroponski, ali tu dolazimo do sličnog problema dragocjenosti resursa (vode) u budućim lunarnim habitatima.

Mada i za taj problem postoji tehničko rješenje, u obliku “reciklaže” vode iz vodene pare, kao što to rade u Međunarodnoj svemirskoj stanici, pojašnjava stručnjak za molekularnu biologiju biljaka i genetički modificirane biljke.

Dug put

S druge strane istraživanje je rađeno na maloj korovnoj biljci Arabidopsis thaliana, srodnoj kupusnjačama, a koja se inače koristi u fundamentalnim istraživanjima na biljkama. Obzirom da ni te korovne biljke koje su poznate po relativnoj robusnosti i malim zahtjevima nisi osobito dobro rasle u tlu donesenom s Mjeseca, može se zaključiti da je pred arhitektima lunarnih habitata još puno posla, kaže stručnjak Zavoda za molekularnu biologiju Biološkog odsjeka Prirodoslovno-matematičkog fakulteta u Zagrebu.

Astrofizičar Cikota navodi da je eksperimentom pokazano da je Mjesečev regolit pogodan za uzgoj Zemaljskih biljaka.

Međutim, rast je slabiji i biljke nisu bile otporne i jake poput biljaka iz kontrolne grupe uzgajanih u Zemaljskom tlu i vulkanskom pepelu (koji je po sastavu usporediv Mjesečevom regolitu). Nakon šest dana, u nekim slučajevima korijenje je zakržljalo, a lišće dobilo crvenkastu pigmentaciju. Osim toga, rast nije bio jednak za različite uzorke regolita, što ukazuje da regolit možda nije jednako “plodan” u različitim područjima Mjeseca.

Nakon 20 dana rasta, biljke su ubrane prije cvjetanja, i analizirane biološkim metodama. Otkriveno je su da uzgoj na Mjesečevom regolitu ima slične učinke na biljke kao i uzgoj na drugim siromašnim tlima, poput onih s previše teških metala ili soli.

A rezultati studije su itekako bitni za planiranja budućih svemirskih poduhvata.

Ovu studiju naručila je Američka svemirska agencija NASA u sklopu pripreme misije Artemis na južni pol Mjeseca. Studija dobro upotpunjuje studije provedene na Univerzitetu Hawaii i Univerzitetu Colorado i objavljene krajem 2020. godine, u kojima je otkriveno da na Mjesecu postoje područja koja sadrže vodeni led, kao i molekularnu vodu zarobljenu u strukturi stijena, kaže Cikota. Osim u pojedinim većim kraterima, područja s vodom nalaze se na Mjesečevim polovima – na lokacijama s izrazito malo Sunčeve svjetlosti ili dugotrajne sjene.

‘Svemirske farme’

Saznanje da na Mjesečevom regolitu može biti uzgajano bilje, kao i činjenica da na Mjesecu postoji vode koja bi se obradom stijena mogla prikupljati (i iz nje također proizvoditi i kisik), svakako ide u prilog ideji da bi astronauti u budućnosti mogli imati farme u kojima bi se dio hrane mogao proizvoditi lokalnim uzgojem bilja, kaže astrofizičar zagrebačkog FER-a.

“Na zanimljivoj konceptualnoj ideji uspostavljanja stalne istraživačke stanice na Mjesecu trenutno aktivno surađuju Kinezi i Rusi, u zajedničkom projektu ‘International Lunar Research Station (ILRS)’, čija je realizacija zamišljena između 2030. i 2045. godine. Osnovna predznanja i tehnologija za operaciju takve jedne stanice već postoje, i uspješno se implementiraju na primjer na Međunarodnoj svemirskoj stanici ISS u orbiti oko Zemlje. Ipak, za dugotrajnu samoodrživost koja bi uključivala stvaranje vode, kisika i hrane, bit će potrebno mnogo više vremena. Osim toga, osim znanstveno-tehnološke izvrsnosti, napretka i prestiža, uvijek se postavlja ključno pitanje financijske održivosti ovakvih misija”, ističe Cikota.

Dobra vijest je svakako da samo tlo ne utječe negativno na sjeme Arabidopsisa s obzirom da je u svim uzorcima Mjesečevog tla došlo do klijanja, govori stručnjak za molekularnu biologiju biljaka i genetički modificirane biljke. Međutim, sedmicu dana nakon klijanja, biljke rasle u uzorcima tla s Mjeseca su pokazale slab rast korijena i općenito rasta u odnosu na kontrolne biljke, što ukazuje da predstoji dug put za stalni uzgoj bilja na Mjesecu.

“Tlo s Mjeseca po svojoj strukturi i sastavu za biljke predstavlja izvor stresa, a što se dovodi u vezu s činjenicom da je to tlo bilo stalno izloženo kozmičkom zračenju i solarnim vjetrovima. Naime, biljke su pokazivale znakove stresa koje na Zemlji možemo vidjeti ako je tlo bogato solju ili teškim metalima. Analizom ekspresije gena tih biljaka pojačano su se aktivirali upravo ti geni koji reagiraju na oksidacijski stres, salinitet i prisutnost teških metala”, kaže dr. Malenica.

Genetska modifikacija

Iz svega navedenog, dodaje, proizlazi da bez daljnjih istraživanja kojim tačno mehanizmima Mjesečevo tlo negativno utječe na rast biljaka, nećemo biti bliže ostvarenju cilja da se na Mjesecu u in situ uvjetima mogu uzgajati biljke.

“Nije naodmet primijetiti da u predmetnom znanstvenom radu nije pokazano da biljke Arabidopsisa mogu završiti cijeli životni ciklus (što nije ni čudno jer su neke biljke uvenule već nakon 2-3 sedmice) to jeste nisu narasle do faze kada su sposobne proizvesti sjeme”.

S obzirom da ni korovna biljka Arabidopsis nije uspješno rasla na Mjesečevom supstratu/tlu, možemo zaključiti da trenutno kultivirane biljke, koje su puno zahtjevnije za uzgoj, ne bi imale dobru perspektivu u tim uvjetima, ističe član Hrvatske udruge genetičkih inženjera i Hrvatskog društva za biljnu biologiju.

“Za postizanje uspjeha, trebamo kao prvo razumjeti točan molekularni mehanizam negativnog učinka Mjesečevog tla na biljke to jeste koji točno sastavni dijelovi rade najviše štete. Jednom kad se to otkrije, Mjesečevom tlu se mogu dodati spojevi koji bi te negativne učinke ublažili”.

S druge strane bi s istim spoznajama bilo tehnički moguće dizajnirati genetički modificirane biljke koje bi u spomenutim uvjetima bile robusnije i imale više šanse preživjeti do generativne faze to jeste stvaranja sjemena/plodova, kaže stručnjak za molekularnu biologiju biljaka i genetički modificirane biljke.