Oogstmaan – 1 oktober 2020. Kevin Gill/Flickr, CC BY-SA
Wat heb je nodig om je tuin te laten groeien? Naast veel zonneschijn afgewisseld met zachte regenbuien – en bezige bijen en vlinders om de planten te bestuiven – heb je een goede, rijke bodem nodig voor de essentiële mineralen. Maar stel je voor dat je geen rijke grond had, of regenbuien, of bijen en vlinders. En de zonneschijn was of te hard en direct of afwezig – met ijskoude temperaturen als gevolg.
Zouden planten in zo’n omgeving kunnen groeien – en zo ja, welke? Dit is de vraag die kolonisten op de Maan (en Mars) zouden moeten beantwoorden als (of wanneer) menselijke exploratie van onze planetaire buren doorgaat. Een nieuwe studie, gepubliceerd in Communications Biology, begint nu antwoorden te geven.
Arabidopsis thaliana op aarde.
wikipedia, CC BY-SA
De onderzoekers achter de studie kweekten de snelgroeiende plant Arabidopsis thaliana in monsters van maanregolith (grond) die door de Apollo-astronauten van drie verschillende plaatsen op de maan waren meegebracht.
Droge en dorre grond
Het is echter niet de eerste keer dat geprobeerd is planten te laten groeien in maangesteente, maar het is wel de eerste keer dat is aangetoond waarom ze niet gedijen.
Het maangesteente is heel anders dan aardse bodems. Om te beginnen bevat het geen organisch materiaal (wormen, bacteriën, rottend plantenmateriaal) dat kenmerkend is voor de bodem op aarde. Noch heeft het een inherent watergehalte.
Maar het bestaat uit dezelfde mineralen als aardse bodems, dus aangenomen dat het gebrek aan water, zonlicht en lucht kan worden gecompenseerd door het kweken van planten in een maanhabitat, dan zou het regolith het potentieel kunnen hebben om planten te laten groeien.
Het onderzoek toonde aan dat dit inderdaad het geval is. Zaden van A. thaliana ontkiemden even snel in Apollo-materiaal als in de aardse grond. Maar terwijl de planten in de aardse grond wortelstokken ontwikkelden en bladeren uitmaakten, waren de Apollo zaailingen onvolgroeid en hadden een slechte wortelgroei.
Het hoofddoel van het onderzoek was planten op genetisch niveau te onderzoeken. Dit stelde de wetenschappers in staat te herkennen welke specifieke milieufactoren de sterkste genetische reacties op stress opriepen. Zij ontdekten dat het grootste deel van de stressreactie in alle Apollo-zaailingen afkomstig was van zouten, metaal en zuurstof die zeer reactief zijn (de laatste twee komen niet veel voor in aardse grond) in de maanmonsters.
Experimentele resultaten, met verschillende putten voor elke bodem.
Paul et al., CC BY-SA
De drie Apollo-monsters werden in verschillende mate aangetast, waarbij de Apollo 11-monsters het langzaamst groeiden. Aangezien de chemische en mineralogische samenstelling van de drie Apollo-bodems vrij gelijkaardig was aan elkaar en aan het aardse monster, vermoedden de onderzoekers dat voedingsstoffen niet de enige kracht in het spel waren.
De aardse grond, JSC-1A genaamd, was geen gewone grond. Het was een mengsel van mineralen, speciaal bereid om het maanoppervlak na te bootsen, en bevatte geen organisch materiaal.
Het uitgangsmateriaal was basalt, net als in maanregolith. De aardse versie bevatte ook natuurlijk vulkanisch glas als een analoog voor de “glasachtige agglutinaten” – kleine minerale fragmenten vermengd met gesmolten glas – die overvloedig aanwezig zijn in maangesteente.
De wetenschappers herkenden de agglutinaten als een van de mogelijke redenen voor het gebrek aan groei van de zaailingen in de Apollo-bodem vergeleken met de aardse bodem, en ook voor het verschil in groeipatronen tussen de drie maanmonsters.
Agglutinaten zijn een algemeen kenmerk van het maanoppervlak. Ironisch genoeg worden zij gevormd door een proces dat “lunar gardening” wordt genoemd. Dit is de manier waarop het regolith verandert, door bombardement van het maanoppervlak door kosmische straling, zonnewind en minuscule meteorieten, ook bekend als ruimteverwering.
Omdat er geen atmosfeer is om de minuscule meteorieten die op het oppervlak inslaan af te remmen, slaan zij met hoge snelheid in, waardoor smelten optreedt en vervolgens op de plaats van inslag afkoelen (snel afkoelen).
Geleidelijk aan bouwen zich kleine aggregaten van mineralen op, bijeengehouden door glas. Zij bevatten ook minuscule deeltjes van ijzermetaal (nanofase ijzer) gevormd door het verweringsproces in de ruimte.
Het is dit ijzer dat het grootste verschil vormt tussen de glasachtige agglutinaten in de Apollo monsters en het natuurlijke vulkanische glas in het aardse monster. Dit was ook de meest waarschijnlijke oorzaak van de metaal-gerelateerde stress die in de genetische profielen van de plant werd herkend.
De aanwezigheid van agglutinaten in de maansubstraten zorgde er dus voor dat de Apollo zaailingen het moeilijker hadden dan de zaailingen die in JSC-1A werden gekweekt, met name de Apollo-11 zaailingen. De overvloed aan agglutinaten in een maanregolietmonster hangt af van de tijd dat het materiaal aan het oppervlak is blootgesteld, wat de “rijpheid” van een maanbodem wordt genoemd.
Zeer rijpe bodems hebben lange tijd op het oppervlak gelegen. Zij worden gevonden op plaatsen waar het regolith niet is verstoord door meer recente inslagen die kraters hebben gevormd, terwijl onrijpe bodems (van onder het oppervlak) voorkomen rond verse kraters en op steile kraterhellingen.
De drie Apollo monsters hadden verschillende rijpheden, waarbij het Apollo 11 materiaal het meest rijp was. Het bevatte het meeste nanofase-ijzer en vertoonde de hoogste metaal-geassocieerde stress markers in zijn genetisch profiel.
Het belang van jonge grond
De studie concludeert dat de rijpere regolith een minder effectief substraat was voor het kweken van zaailingen dan de minder rijpe grond. Dit is een belangrijke conclusie, omdat zij aantoont dat planten kunnen worden gekweekt in maanhabitats met gebruikmaking van de regolith als hulpbron. Maar dat de locatie van de habitat moet worden bepaald door de rijpheid van de bodem.
En een laatste gedachte: het viel me op dat de bevindingen ook van toepassing zouden kunnen zijn op sommige van de verarmde regio’s van onze wereld. Ik wil niet het oude argument herhalen van “Waarom al dat geld uitgeven aan ruimteonderzoek als het beter aan scholen en ziekenhuizen kan worden besteed?”. Dat zou het onderwerp van een ander artikel zijn.
Maar zijn er technologische ontwikkelingen die uit dit onderzoek voortkomen die op aarde toepasbaar zouden kunnen zijn? Zou wat geleerd is over stress-gerelateerde genetische veranderingen gebruikt kunnen worden om meer droogte-resistente gewassen te ontwikkelen? Of planten die hogere niveaus van metalen kunnen verdragen?
Het zou een grote prestatie zijn als het laten groeien van planten op de maan ertoe bijdraagt dat tuinen op aarde groener worden.
Monica Grady is hoogleraar planeten- en ruimtewetenschappen aan de Open Universiteit. Zij ontvangt financiële steun van de STFC en het UK Space Agency. Ze is rector aan de Liverpool Hope University en een Senior Research Fellow aan het Natural History Museum. Volg haar op twitter @MonicaGrady
