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 goede, rijke grond nodig om essentiële mineralen te leveren. Maar stel je voor dat je geen rijke grond had, of regenbuien, of bijen en vlinders. En de zon was ofwel te fel en direct of afwezig, wat vriestemperaturen veroorzaakte.

Kunnen planten in zo'n omgeving groeien - en zo ja, welke? Dit is de vraag die kolonisten op de maan (en Mars) zouden moeten beantwoorden als (of wanneer) menselijke verkenning van onze planetaire buren doorgaat. Nu een nieuwe studie, gepubliceerd in Communications Biology , is begonnen met het geven van antwoorden.

De onderzoekers achter de studie kweekten de snelgroeiende plant Arabidopsis thaliana in monsters van maanregoliet (bodem) die de Apollo-astronauten van drie verschillende plaatsen op de maan hadden meegebracht.

Droge en kale grond

Dit is echter niet de eerste keer dat er pogingen zijn gedaan om planten in maanregoliet te laten groeien, maar het is de eerste die aantoont waarom ze niet gedijen.

De maanregoliet is heel anders dan terrestrische bodems. Om te beginnen bevat het geen organisch materiaal (wormen, bacteriën, rottend plantaardig materiaal) dat kenmerkend is voor de bodem op aarde. Het heeft ook geen inherent watergehalte.

Maar het is samengesteld uit dezelfde mineralen als terrestrische bodems, dus aangenomen dat het gebrek aan water, zonlicht en lucht wordt verbeterd door planten in een maanhabitat te kweken, kan de regoliet het potentieel hebben om planten te laten groeien.

Uit het onderzoek blijkt dat dit inderdaad het geval is. Zaden van A. thaliana ontkiemden in hetzelfde tempo in Apollo-materiaal als in de aardse bodem. Maar terwijl de planten in de terrestrische grond wortelstokken gingen ontwikkelen en bladeren afzetten, waren de Apollo-zaailingen onvolgroeid en hadden ze een slechte wortelgroei.

De hoofdlijn van het onderzoek was om planten op genetisch niveau te onderzoeken. Hierdoor konden de wetenschappers herkennen welke specifieke omgevingsfactoren de sterkste genetische reacties op stress opriepen. Ze ontdekten dat de meeste stressreacties in alle Apollo-zaailingen afkomstig waren van zouten, metaal en zuurstof die zeer reactief zijn (waarvan de laatste twee niet gebruikelijk zijn in de terrestrische bodem) in de maanmonsters.

De drie Apollo-monsters werden in verschillende mate aangetast, waarbij de Apollo 11-monsters het langzaamst groeiden. Gezien het feit dat de chemische en mineralogische samenstelling van de drie Apollo-bodems redelijk op elkaar leken, en op het terrestrische monster, vermoedden de onderzoekers dat voedingsstoffen niet de enige kracht waren die in het spel was.

De terrestrische grond, JSC-1A genaamd, was geen gewone grond. Het was een mengsel van mineralen dat speciaal was bereid om het maanoppervlak te simuleren en dat geen organisch materiaal bevatte.

Het uitgangsmateriaal was basalt, net als in maanregoliet. De terrestrische versie bevatte ook natuurlijk vulkanisch glas als een analoog voor de "glasachtige agglutinaten" - kleine minerale fragmenten gemengd met gesmolten glas - die overvloedig aanwezig zijn in maanregoliet.

De wetenschappers erkenden de agglutinaten als een van de mogelijke redenen voor het gebrek aan groei van de zaailingen in de Apollo-bodem in vergelijking met de terrestrische bodem, en ook voor het verschil in groeipatronen tussen de drie maanmonsters.

Agglutinaten zijn een gemeenschappelijk kenmerk van het maanoppervlak. Ironisch genoeg worden ze gevormd door een proces dat 'maantuinieren' wordt genoemd. Dit is de manier waarop de regoliet verandert, door bombardement van het maanoppervlak door kosmische straling, zonnewind en minuscule meteorieten, ook wel ruimteverwering genoemd.

Omdat er geen atmosfeer is om de kleine meteorieten die het oppervlak raken te vertragen, botsen ze met hoge snelheid in, waardoor ze smelten en vervolgens afschrikken (snelle afkoeling) op de plaats van inslag.

Geleidelijk aan vormen zich kleine aggregaten van mineralen, bij elkaar gehouden door glas. Ze bevatten ook kleine deeltjes ijzermetaal (nanofase-ijzer) gevormd door het ruimteverweringsproces.

Het is dit ijzer dat het grootste verschil is tussen de glasachtige agglutinaten in de Apollo-monsters en het natuurlijke vulkanische glas in het terrestrische monster. Dit was ook de meest waarschijnlijke oorzaak van de metaalgerelateerde stress die wordt herkend in de genetische profielen van de plant.

Dus de aanwezigheid van agglutinaten in de maansubstraten zorgde ervoor dat de Apollo-zaailingen het moeilijk hadden in vergelijking met de zaailingen die in JSC-1A werden gekweekt, met name de Apollo-11-zaailingen. De overvloed aan agglutinaten in een monster van maanregoliet hangt af van de tijdsduur dat het materiaal aan het oppervlak is blootgesteld, wat de "rijpheid" van een maanbodem wordt genoemd.

Zeer volwassen bodems zijn al lang aan de oppervlakte. Ze worden gevonden op plaatsen waar regoliet niet is verstoord door recentere inslaggebeurtenissen die kraters hebben gecreëerd, terwijl onrijpe bodems (van onder het oppervlak) voorkomen rond verse kraters en op steile kraterhellingen.

De drie Apollo-monsters hadden verschillende looptijden, waarbij het Apollo 11-materiaal het meest volwassen was. Het bevatte het meeste nanofase-ijzer en vertoonde de hoogste metaalgerelateerde stressmarkers in zijn genetische profiel.

Het belang van jonge grond

De studie concludeert dat de meer volwassen regoliet een minder effectief substraat was voor het kweken van zaailingen dan de minder volwassen grond. Dit is een belangrijke conclusie, omdat het aantoont dat planten kunnen worden gekweekt in maanhabitats met behulp van de regoliet als hulpbron. Maar dat de locatie van het leefgebied moet worden bepaald door de rijpheid van de grond.

En een laatste gedachte:het viel me op dat de bevindingen ook van toepassing kunnen zijn op enkele van de verarmde regio's van onze wereld. Ik wil niet het oude argument herhalen van "Waarom al dit geld uitgeven aan ruimteonderzoek als het beter aan scholen en ziekenhuizen kan worden besteed?" Dat zou het onderwerp zijn van een ander artikel.

Maar zijn er technologische ontwikkelingen die voortkomen uit dit onderzoek die op aarde toepasbaar zouden kunnen zijn? Kan wat is geleerd over stressgerelateerde genetische veranderingen worden gebruikt om meer droogteresistente gewassen te ontwikkelen? Of planten die hogere niveaus van metalen kunnen verdragen?

Het zou een geweldige prestatie zijn als het laten groeien van planten op de maan ertoe zou bijdragen dat tuinen op aarde groener zouden worden.