رویش اولین جوانه‌ها در خاک ماه
ماجرا از جایی آغاز می‌شود که 12 گرم از خاک ماه در یک جعبه ساده به آزمایشگاه رابرت فرل رسید. دکتر فرل، متخصص باغبانی دانشگاه فلوریدا بیش از یک دهه منتظر چنین لحظه‌ای بود. جعبه کوچک خاک که مهر اداره پست ناسا را داشت، حامل تعدادی از آخرین نمونه‌های بازمانده غبار ماه بود که رگولیت (Regolith) نامیده می‌شود. فضانوردان این خاک را در جریان ماموریت‌های آپولو 11، 12 و 17 جمع‌آوری کرده و به زمین آورده بودند. فرل با این‌که ماه‌ها تمرین کرده بود، باز هم نمونه‌ها را با دست‌هایی لرزان بلند کرد. او می‌گوید: «اینها چیزهای عجیب و ترسناکی است. منظورم این است که اگر آن را رها کنید چه اتفاقی می‌افتد؟» فرل و تیمش در شرف تبدیل‌شدن به اولین محققانی بودند که گیاهان را در خاک واقعی ماه پرورش داده‌اند.
این آزمایش بخشی از تحولات اخیر در تحقیقات ماه است که در جریان برنامه آرتمیس (Artemis) ناسا انجام می‌شود که هدف آن فرستادن انسان به ماه تا اواخر این دهه است. این بار، ناسا می‌خواهد با ایجاد پایگاه‌های سطحی برای اقامت طولانی‌مدت‌تر و همچنین ایستگاه فضایی در مدار ماه، برای سفرهای فضانوردان مریخ، ماه را به شکل پایدارتری کاوش کند. دانشمندان بر این باورند که انجام ماموریت‌های طولانی‌تر به یک منبع غذایی پایدار نیاز دارد. گیل کاثرن (Gil Cauthon)، محقق ساکن اوزاکا در ژاپن در برنامه ابتکار تحقیقات بین‌المللی استروبوتانی (Astrobotany) به ساینتیفیک امریکن می‌گوید: «تمام اکتشافات انسانی با توانایی تغذیه خدمه انجام شده است.»
لزوم بارورسازی خاک فقیر ماه
تحقیقات فرل که در ماه می‌در نشریه کامیونیکیشنز بایولوژی (Communications Biology) منتشر شد، اولین گام مهم را در این سفر ارائه می‌کند و در نهایت ثابت می‌کند گیاهان می‌توانند در خاک ماه رشد کنند. این نهال‌ها واقعا به تنهایی نتوانستند در رگولیت رشد کنند. با این حال مطالعات آنها نشان می‌دهد کشاورزان آینده در ماه باید قبل از کاشت محصولات، خاک ماه را بارور کنند.
برای آزمایش خاک ماه، فرل و تیمش نمونه‌ها را در 12 گلدان 900 میلی‌گرمی‌تقسیم کردند و در هر کدام دانه‌ای از گیاه رَشادی گوش‌موشی (با نام علمی Arabidopsis thaliana) کاشتند. این گیاه یکی از خویشاوندان خردل و کلم و گیاه مدل استاندارد در پژوهش‌های زیست‌شناسی است. از اقبال خوب آنها، همه دانه‌ها با موفقیت جوانه زدند. با این حال، نهال‌ها در مرحله رشد بعدی مشکل داشتند و آن تکوین ریشه‌های سالم بود. فرل می‌گوید: «برایمان معلوم شد این مرحله نسبتا مشکل‌ساز است. جوانه‌ها در خاک به‌کندی رشد کردند و نشانه‌هایی از استرس شدید همراه با نمک، فلز و اکسیداسیون خاک بیش از حد را نشان دادند. بسیاری از آنها به شرایط غیرزمینی‌ای مربوط می‌شود که در رگولیت ماه شکل می‌گیرد. این خاک میلیاردها سال تحت تأثیر بادهای خورشیدی، پرتوهای کیهانی و برخورد شهاب‌سنگ‌ها کوبیده شده است. اما موادی که در آن وجود ندارد، آب و میکروب‌هایی است که برای رشد گیاه ضروری هستند.
نقش کلیدی میکروب‌ها در خاک
میکروب‌ها مهم‌ترین اجزای خاک هستند. گرچن نورث، بوم‌شناس فیزیولوژیکی گیاهی در کالج اُسیدنتال (Occidental) که در این مطالعه شرکت نداشت، به ساینتیفیک آمریکن می‌گوید: «میکروب‌ها در خاک نقش مهمی دارند. باکتری‌های همزیست به گیاهان در تنظیم هورمون‌های رشد، مبارزه با عوامل بیماری‌زا، به حداقل رساندن استرس محیطی و جذب مواد مغذی حیاتی مانند نیتروژن کمک می‌کند. با این حال رگولیت ماه میکروبیوم طبیعی ندارد. بدون این شبکه زیستی پیچیده، گیاهانی که در خاک ماه رشد کرده بودند، برای مدیریت جذب مواد مغذی و استرس تلاش می‌کردند. کمبود آب همچنین می‌تواند قوام خاک را بدتر کند. رگولیت یا همان خاک ماه که ماده‌ای کاملا غیرزیستی است با اضافه‌کردن آب می‌تواند مثل سیمان متراکم شود.»
اما اینها لزوما به این معنی نیست که خاک ماه را نمی‌توان با افزودن مواد مغذی اضافی یا کمپوست‌کردن محصولات برای رشد میکروب‌ها به خاکی مناسب تبدیل کرد. حتی با در نظر گرفتن خاک به همان شکلی که هست، این امکان وجود دارد که گیاهان پس از استقرار یک یا دو نسل زنده بمانند. با وجود چنین موانع تغذیه‌ای و میکروبی مهمی برای کشاورزی در خاک ماه، نورث که رشد گیاهان را در شرایط شبیه سازی‌شده مریخ مطالعه کرده معتقد است خاک ماه نسبت به خاک زنگ‌زده سیاره سرخ حاصلخیزتر است. به این دلیل که خاک مریخ مملو از ترکیب اکسیداتیو به نام پرکلرات است که مانع رشد گیاهان می‌شود و می‌تواند برای انسان مضر باشد.
کاثرن می‌گوید: «مسلما بیشتر انسان‌ها به فضا نمی‌روند اما اگر بتوانیم راهی برای تولید این گونه محصولات در محیط‌های با شرایط سخت مانند سطح ماه را مهندسی کنیم، می‌توانیم از آن برای مقابله با چالش‌های غذایی انسان در مناطقی استفاده کنیم که دیگر نمی‌توانند کشاورزی کنند.
فرل نیز می‌گوید مایل است در آینده به مطالعه این که چگونه ممکن است حیات در خاک‌های بی‌ثمر فرازمینی ادامه یابد، بپردازد. اما در حال حاضر، او و همکارانش از این فرصت برای آزمایش روی یکی از معدود تکه‌های خاک ماه روی زمین خرسندند.
نتیجه پژوهش روی خاک ماه، ارتقای کشاورزی در زمین است
دیر یا زود، توانایی کشت محصولات در جایی فراتر از زمین برای زندگی و کار در فضا حیاتی خواهد شد. چه در زیستگاه‌های مداری و چه در سفرهای بین سیاره‌ای طولانی، گیاهان نه‌تنها می‌توانند منابع غذایی پایداری باشند، بلکه به‌علت توانایی تولید اکسیژن و پاک کردن هوا از دی‌اکسیدکربن اضافی، می‌توانند اجزای مفید یک سیستم حمایت از حیات باشند. جیک بلیچر، دانشمند ارشد اکتشاف در اداره مأموریت اکتشاف و عملیات انسانی ناسا که در این مطالعه نقشی نداشته است، می‌گوید: «رشد گیاهان در خاک ماه، بخشی از فرآیند یادگیری نحوه زنده‌ماندن و رشد گیاهان در فضایی است که انتظار می‌رود در آینده در آن کار کنید. علاوه بر این، توسعه روش‌های کشاورزی ارقام زارعی در خاک ماه و اطلاعات برآمده از چنین پژوهش‌هایی می‌تواند راهکارهای تازه‌ای برای بهبود کشاورزی در خاک‌های فقیر و کم‌آب زمین مفید باشد.
کاظم کوکرم - دبیر گروه دانش و سلامت
لزوم بارورسازی خاک فقیر ماه
تحقیقات فرل که در ماه می‌در نشریه کامیونیکیشنز بایولوژی (Communications Biology) منتشر شد، اولین گام مهم را در این سفر ارائه می‌کند و در نهایت ثابت می‌کند گیاهان می‌توانند در خاک ماه رشد کنند. این نهال‌ها واقعا به تنهایی نتوانستند در رگولیت رشد کنند. با این حال مطالعات آنها نشان می‌دهد کشاورزان آینده در ماه باید قبل از کاشت محصولات، خاک ماه را بارور کنند.
برای آزمایش خاک ماه، فرل و تیمش نمونه‌ها را در 12 گلدان 900 میلی‌گرمی‌تقسیم کردند و در هر کدام دانه‌ای از گیاه رَشادی گوش‌موشی (با نام علمی Arabidopsis thaliana) کاشتند. این گیاه یکی از خویشاوندان خردل و کلم و گیاه مدل استاندارد در پژوهش‌های زیست‌شناسی است. از اقبال خوب آنها، همه دانه‌ها با موفقیت جوانه زدند. با این حال، نهال‌ها در مرحله رشد بعدی مشکل داشتند و آن تکوین ریشه‌های سالم بود. فرل می‌گوید: «برایمان معلوم شد این مرحله نسبتا مشکل‌ساز است. جوانه‌ها در خاک به‌کندی رشد کردند و نشانه‌هایی از استرس شدید همراه با نمک، فلز و اکسیداسیون خاک بیش از حد را نشان دادند. بسیاری از آنها به شرایط غیرزمینی‌ای مربوط می‌شود که در رگولیت ماه شکل می‌گیرد. این خاک میلیاردها سال تحت تأثیر بادهای خورشیدی، پرتوهای کیهانی و برخورد شهاب‌سنگ‌ها کوبیده شده است. اما موادی که در آن وجود ندارد، آب و میکروب‌هایی است که برای رشد گیاه ضروری هستند.
نقش کلیدی میکروب‌ها در خاک
میکروب‌ها مهم‌ترین اجزای خاک هستند. گرچن نورث، بوم‌شناس فیزیولوژیکی گیاهی در کالج اُسیدنتال (Occidental) که در این مطالعه شرکت نداشت، به ساینتیفیک آمریکن می‌گوید: «میکروب‌ها در خاک نقش مهمی دارند. باکتری‌های همزیست به گیاهان در تنظیم هورمون‌های رشد، مبارزه با عوامل بیماری‌زا، به حداقل رساندن استرس محیطی و جذب مواد مغذی حیاتی مانند نیتروژن کمک می‌کند. با این حال رگولیت ماه میکروبیوم طبیعی ندارد. بدون این شبکه زیستی پیچیده، گیاهانی که در خاک ماه رشد کرده بودند، برای مدیریت جذب مواد مغذی و استرس تلاش می‌کردند. کمبود آب همچنین می‌تواند قوام خاک را بدتر کند. رگولیت یا همان خاک ماه که ماده‌ای کاملا غیرزیستی است با اضافه‌کردن آب می‌تواند مثل سیمان متراکم شود.»
اما اینها لزوما به این معنی نیست که خاک ماه را نمی‌توان با افزودن مواد مغذی اضافی یا کمپوست‌کردن محصولات برای رشد میکروب‌ها به خاکی مناسب تبدیل کرد. حتی با در نظر گرفتن خاک به همان شکلی که هست، این امکان وجود دارد که گیاهان پس از استقرار یک یا دو نسل زنده بمانند. با وجود چنین موانع تغذیه‌ای و میکروبی مهمی برای کشاورزی در خاک ماه، نورث که رشد گیاهان را در شرایط شبیه سازی‌شده مریخ مطالعه کرده معتقد است خاک ماه نسبت به خاک زنگ‌زده سیاره سرخ حاصلخیزتر است. به این دلیل که خاک مریخ مملو از ترکیب اکسیداتیو به نام پرکلرات است که مانع رشد گیاهان می‌شود و می‌تواند برای انسان مضر باشد.
کاثرن می‌گوید: «مسلما بیشتر انسان‌ها به فضا نمی‌روند اما اگر بتوانیم راهی برای تولید این گونه محصولات در محیط‌های با شرایط سخت مانند سطح ماه را مهندسی کنیم، می‌توانیم از آن برای مقابله با چالش‌های غذایی انسان در مناطقی استفاده کنیم که دیگر نمی‌توانند کشاورزی کنند.
فرل نیز می‌گوید مایل است در آینده به مطالعه این که چگونه ممکن است حیات در خاک‌های بی‌ثمر فرازمینی ادامه یابد، بپردازد. اما در حال حاضر، او و همکارانش از این فرصت برای آزمایش روی یکی از معدود تکه‌های خاک ماه روی زمین خرسندند.
نتیجه پژوهش روی خاک ماه، ارتقای کشاورزی در زمین است
دیر یا زود، توانایی کشت محصولات در جایی فراتر از زمین برای زندگی و کار در فضا حیاتی خواهد شد. چه در زیستگاه‌های مداری و چه در سفرهای بین سیاره‌ای طولانی، گیاهان نه‌تنها می‌توانند منابع غذایی پایداری باشند، بلکه به‌علت توانایی تولید اکسیژن و پاک کردن هوا از دی‌اکسیدکربن اضافی، می‌توانند اجزای مفید یک سیستم حمایت از حیات باشند. جیک بلیچر، دانشمند ارشد اکتشاف در اداره مأموریت اکتشاف و عملیات انسانی ناسا که در این مطالعه نقشی نداشته است، می‌گوید: «رشد گیاهان در خاک ماه، بخشی از فرآیند یادگیری نحوه زنده‌ماندن و رشد گیاهان در فضایی است که انتظار می‌رود در آینده در آن کار کنید. علاوه بر این، توسعه روش‌های کشاورزی ارقام زارعی در خاک ماه و اطلاعات برآمده از چنین پژوهش‌هایی می‌تواند راهکارهای تازه‌ای برای بهبود کشاورزی در خاک‌های فقیر و کم‌آب زمین مفید باشد.
کاظم کوکرم - دبیر گروه دانش و سلامت
