人类伟大的宇宙探索之旅的核心在于一个需要解决的问题。我们边疆探索的成功——在月球、火星以及更远的地方长期定居人类的现实——取决于我们能否培养出可持续的食物来源。
将恶劣、不适宜的月球和火星土壤转变为适合地球植物生长的培育介质并非易事。然而，这正是得克萨斯农工大学的研究生 Jessica Atkin 和布朗大学的研究生 Sara Oliveira Santos 一直着迷的研究课题。2024年1月下旬，两人宣布，在真菌和蚯蚓粪的帮助下，他们成功地从模拟月壤（也称模仿月尘的物质）中种植出了鹰嘴豆。他们的研究结果已 发布在预印本服务器 bioRxiv 上，并支持了该领域其他关于在太空种植食物的研究。
在太空寻找植物生长
与地球土壤不同，月壤（岩石和尘埃）缺乏支持任何植物生长所需的营养和结构完整性。Atkin 表示，月尘不仅富含重金属和其他有毒物质，这些物质会杀死种子或阻碍植物生长；月球的微重力还会影响植物有效吸收养分和氧气的能力，导致所谓的根区缺氧。
为了解决这个问题，Atkin 和 Oliveira Santos 采用了在地球上用于修复无法种植作物的受损土壤的技术。其中一种方法是使用 丛枝菌根真菌（AMF），这是一种栖息在土壤中的微生物，与选定的附近植物形成互利共生关系——本质上，它们是乐于助人的邻居，将帮助行为提升到了一个全新的水平。
“真菌能够分泌一种蛋白质，包裹住重金属，使其不易被植物吸收，”Atkin 说。“如果重金属绕过了这个机制，那么[真菌]就有另一个机制来限制其渗透到根部的通道。如果它们确实渗透到根部，真菌就会将毒素收集在其自身的生物质中，或将其保留在植物的根部，使其不会到达种子。”
AMF 还可以帮助抵消辐射和微重力对生长植物的不利影响。而由 红蚯蚓 消化食物残渣和其他有机物质产生的天然肥料——蚯蚓粪，也对此有所帮助。它还富含氮和磷等必需营养素。
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真菌来救援
利用真菌和蚯蚓粪，Atkin 和 Oliveira Santos 尝试用月尘种植鹰嘴豆。这种豆类不仅是蛋白质含量高的受欢迎食物，而且还能与多种微生物形成共生关系，包括 AMF。
将鹰嘴豆种子、AMF、蚯蚓粪和月壤放入花盆中。现在，Atkin 和 Oliveira Santos 不能使用真正的月壤——真正的月壤是从过去的月球任务中获得的，数量有限。他们不得不使用一种模拟替代品，该替代品来源于地球上的地质材料，如玻璃和橄榄石、斜长石、铬铁矿等矿物。
Atkin 说：“月壤模拟物的成分与[宇航员]在阿波罗和月球任务中采集样本的不同着陆点的成分精确度高达 99%。”
随着幼苗的生长，一些植物一开始出现了压力迹象，似乎生长困难。但到了第七周，AMF 的神奇作用开始显现。
幼苗仍然显示出压力迹象，但接种了有益真菌的鹰嘴豆受到的影响较小。与未接种的植物相比，这些植物的叶绿素水平更高；到第十周，它们已经开花，而未接种 AMF 的对照组则枯萎死亡。
虽然这项研究听起来可能像是迈向制作太空鹰嘴豆泥配皮塔饼的第一大步，但 Atkin 和 Oliveira Santos 尚未测试他们用月尘种植的鹰嘴豆是否可食用且安全（即不含重金属）。
Atkin 说：“这还需要一些时间，第一次种植肯定无法完全解决。”
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太空鹰嘴豆泥及其他
2022年，佛罗里达大学的研究人员成功地从阿波罗 11、12 和 17 号任务期间从月球三个不同地点采集的少量真实月壤中培育出了拟南芥种子——一种常被认为是杂草的芥菜科小植物。这项实验首次让科学家在月壤中培育种子，旨在观察植物在生理和基因层面如何对月尘做出反应。
主要研究人员之一，佛罗里达大学生物技术研究跨学科中心主任、太空生物学家 Anna-Lisa Paul 表示，这项关于鹰嘴豆的新发现是一项“扎实的工作”，很好地建立在过去二十年来 NASA 和其他科学家进行的现有科学研究之上。
Paul 说：“这绝对是我们朝着理解如何减轻真实月壤有毒影响的方向努力的正确方向。”
据 Paul 称，下一步将是观察这种生物修复技术在真实月壤中的表现，而不是模拟月壤。如果 Atkin 和 Oliveira Santos 能够获得更多资助，他们很期待进行这项测试。
Oliveira Santos 说：“这项研究一直没有外部资金支持，因此我们能够分析的程度和我们能够推进的程度受到了限制。现在，我们真的希望能够获得 NASA 的资助，以便真正分析和使用更多的[月壤]复制品，并完成所有这些工作。”
Oliveira Santos 补充说，他们的研究价值不仅限于可持续的太空生活，对宇航员或未来的月球（甚至火星）殖民者而言。随着 气候变化威胁着生态系统 和 农业增长，她和 Atkin 认为他们的研究可以帮助找出如何优化地球上的生物修复，以恢复和保护脆弱的可耕地。
Oliveira Santos 说：“我觉得很多人看到这项[研究]会想，我们为什么要做这个，当我们在地球上面临这么多问题时，为什么还要关注月球。虽然我们是为月壤模拟物进行的这项研究，但所有这些技术和所有这些发现都适用于地球。我们发现的一切都将有助于我们在这里。”
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文章来源
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Jessica Atkin。得克萨斯农工大学研究生研究员
Sara Oliveira Santos。布朗大学博士生
冷泉港实验室。从尘埃到种子：一个关于月球鹰嘴豆的故事
明尼苏达大学。丛枝菌根真菌：微小的朋友，影响巨大
Rodale Institute。蚯蚓堆肥入门 Anna-Lisa Paul。太空生物学家、佛罗里达大学生物技术研究跨学科中心主任
美国环境保护署。气候变化对农业和粮食供应的影响
