Биологам впервые удалось прорастить семена травы на образцах лунного грунта, доставленных станциями «Аполлон». Правда, растения приходится обильно поливать и удобрять, а качество рассады пока сильно хромает по сравнению даже с выращенной на имитаторах реголита.
Лунный реголит на Землю доставляли несколько космических станций серии «Аполлон», включая пилотируемые корабли. Так, на «Аполлоне 11» образцы грунта собирали астронавты Нейл Армстронг и Базз Олдрин. Всего шесть экипажей доставили 382 килограмма лунных образцов. О полезных свойствах реголита как почти единственного ресурса на Луне задумываются давно. В частности, заманчиво было бы уметь выращивать в нём какие-либо растения для обитателей лунной станции, для чего начать с соответствующих экспериментов на Земле. Но настоящий реголит — дефицитный товар, и его непросто раздобыть для научных исследований. Тем более вряд ли его предоставят в товарных количествах для организации экспериментальной теплицы. Напротив, по умеренной цене можно приобрести для разных экспериментов имитаторы лунного и даже марсианского грунта. Реголит имитируют, например, при помощи земного вулканического пепла; вероятно, разные «бренды производителей» могут иметь свои рецепты состава. Но для чистоты эксперимента желательно бы попробовать настоящий лунный грунт. В результате упорных усилий исследователи из университета Флориды уговорили руководство NASA и получили в распоряжение 12 граммов лунной почвы для сельскохозяйственных экспериментов. Образцы доставили станции «Аполлон» 11, 12 и 17 с участков Луны разного геологического возраста.
На китайской станции Чанъэ-4 уже пробовали провести такой эксперимент в естественной среде. Проращивать зёрна того же растения пытались на месте её посадки — на обратной стороне Луны. В этом эксперименте пошли дальше и попробовали промоделировать в миниатюре целую экосистему. Кроме растений, в опыте участвовали насекомые (личинки шелкопряда), производящие углекислый газ. Они должны были стать первым звеном цепочки, а CO2 — использоваться растениями для фотосинтеза. Прорастить некоторые зёрна удалось, правда, они продержались только до первой лунной ночи, поскольку экспериментальный модуль не предусматривал необходимой защиты от холода на ночной стороне Луны. Также эксперименты с арабидопсисом проводили на Международной космической станции.
Биологический эксперимент планировался с совершенно неопределёнными шансами на успех. Тем более что до этого никто по вышеуказанным причинам в настоящий лунный грунт ничего не высаживал. Тем более значим был первый результат: семена благополучно проросли. Но для этого их пришлось не только поливать, но и удобрять специально разработанной смесью, обеспечивающей растениям заведомо отсутствующие на Луне питательные компоненты (среда Мурасиге — Скуга, которую используют с начала 1960-х годов для выращивания клеточных культур). Грунт также пришлось специально обрабатывать. Так, он оказался гидрофобным и для удержания воды на частицах почвы потребовалось перетирать его с водой.
В результате жёсткость, водоотталкивающие свойства и другие особенности лунной почвы сыграли свою неблагоприятную роль. Через неделю пророщенные в реголите травинки сильно отставали в развитии по сравнению с контрольной группой — растениями, выращенными в «земном» имитаторе реголита. Значительная часть «лунных» ростков затем остановилась в развитии. О результатах сельскохозяйственного эксперимента по выращиванию сорняков в лунной почве можно подробнее прочитать в статье, вышедшей в середине мая 2022 года в Nature Communications: Biology.
Чем старше лунный образец, то есть чем дольше он находился под воздействием космического излучения и солнечного ветра, тем хуже себя чувствуют растения на нём. Образцы «Аполлона 11» из Моря Спокойствия имеют наибольший возраст в несколько миллиардов лет, соответственно результаты посевной на них выглядят беднее. Зато растения в пробирках с почвой именно этой станции «боролись за выживание» особенно интенсивно: именно в них наибольшее число генов показало наиболее дифференцированную экспрессию.
Поэтому одно из решений — в дальнейшем можно рассматривать для лунной делянки места с меньшим геологическим возрастом, в частности молодые потоки лавы. Также можно экспериментировать с самой почвой на месте, добавляя в неё питательные компоненты или организовав искусственное освещение в лунной теплице. Недавно была составлена полная геологическая карта Луны, и у астрономов есть представление о примерном возрасте почти всех крупных областей поверхности (с точностью до миллиарда лет). Подробнее о геологическом строении Луны можно прочитать в отдельной статье.
В идеале астронавтов будущих пилотируемых лунных проектов стоило бы попросить привозить побольше лунного грунта специально для экспериментов с выращиванием растений. При этом можно было бы расширить поле деятельности, пробуя разные культуры и способы культивирования, в частности, гидропонику. Позже флоридские биологи — обладатели двенадцати граммов лунной почвы — планируют рециклировать грунт и высадить на нём сорняки ещё раз, после чего, вероятно, попробуют экспериментировать с другими культурами. Про то, что ещё можно делать с реголитом для обеспечения устойчивого существования лунной базы на местных ресурсах — см. недавний материал.
Инфографика процедуры выращивания: от распаковки образцов лунного грунта (a) до замораживания пророщенных растений в жидком азоте для генетического анализа (l).