你需要什么来让你的花园长大？除了充足的阳光和温和的阵雨交替出现——还有忙碌的蜜蜂和蝴蝶为植物授粉——你还需要良好、肥沃的土壤来提供必需的矿物质。但是想象一下，你没有肥沃的土壤，没有阵雨，没有蜜蜂和蝴蝶。阳光要么过于刺眼，要么过于直射，要么没有——导致冰冻温度。
植物可以在这样的环境中生长吗？如果可以，是哪些？如果（或何时）人类对我们的行星邻居的探索继续进行，这是月球（和火星）上的殖民者必须解决的问题。现在，发表在 Communications Biology上的一项新研究已经开始提供答案。
该研究背后的研究人员在阿波罗宇航员从月球上三个不同地方带回的月球表土（土壤）样本中培养了快速生长的植物拟南芥。
干燥贫瘠的土壤
这不是第一次尝试在月球风化层中种植植物，但它是第一次证明它们为什么不能茁壮成长。
月球风化层与陆地土壤非常不同。首先，它不含地球土壤特有的有机物质（蠕虫、细菌、腐烂的植物物质）。它也没有固有的含水量。
但它由与陆地土壤相同的矿物质组成，因此假设在月球栖息地内种植植物可以改善水、阳光和空气的缺乏，那么风化层就有可能种植植物。
研究表明，情况确实如此。 A. thaliana的种子在 Apollo 材料中的发芽率与在陆地土壤中的发芽率相同。但是，当陆地土壤中的植物继续发展根系并长出叶子时，阿波罗幼苗发育不良并且根系生长不良。
该研究的主要目的是在基因水平上检查植物。这使科学家们能够识别出哪些特定的环境因素引起了对压力最强烈的遗传反应。他们发现，所有阿波罗幼苗中的大部分应激反应都来自月球样本中具有高反应性的盐、金属和氧气（后两种在陆地土壤中并不常见）。
实验结果，每种土壤都有不同的井。图片来源：保罗等人。 , CC BY-SA
三个 Apollo 样本受到不同程度的影响，其中 Apollo 11 样本增长最慢。鉴于三种阿波罗土壤的化学和矿物成分彼此非常相似，并且与陆地样本非常相似，研究人员怀疑养分并不是唯一起作用的力量。
被称为 JSC-1A 的陆地土壤不是普通土壤。它是一种专门为模拟月球表面而制备的矿物质混合物，不含有机物。
起始材料是玄武岩，就像在月球风化层中一样。陆地版本还包含天然火山玻璃，作为“玻璃凝集物”的类似物——与熔融玻璃混合的小矿物碎片——在月球风化层中含量丰富。
科学家们认识到凝集物是阿波罗土壤中幼苗与陆地土壤相比缺乏生长的潜在原因之一，也是三个月球样本之间生长模式差异的潜在原因之一。
凝集物是月球表面的共同特征。具有讽刺意味的是，它们是由一个被称为“月球园艺”的过程形成的。这就是风化层变化的方式，通过宇宙辐射、太阳风和微小陨石对月球表面的轰击，也称为太空风化。
由于没有大气可以减缓撞击表面的微小陨石，它们以高速撞击，在撞击地点造成熔化然后淬火（快速冷却）。
逐渐地，矿物的小聚集体由玻璃聚集在一起。它们还含有由空间风化过程形成的微小铁金属颗粒（纳米相铁）。
正是这种铁是阿波罗样品中的玻璃状凝集物与陆地样品中的天然火山玻璃之间的最大区别。这也是植物基因谱中识别出的金属相关压力的最可能原因。
因此，与 JSC-1A 中生长的幼苗，特别是阿波罗 11 号的幼苗相比，月球基质中存在的凝集物导致阿波罗幼苗挣扎。月球表土样品中凝集物的丰度取决于材料暴露在表面的时间长度，这被称为月球土壤的“成熟度”。
非常成熟的土壤已经在地表存在了很长时间。它们出现在风化层没有受到最近形成陨石坑的撞击事件的干扰的地方，而未成熟的土壤（来自地表以下）则出现在新鲜的陨石坑周围和陡峭的陨石坑斜坡上。
三个阿波罗样本的成熟度不同，其中阿波罗 11 号的材料最为成熟。它含有最多的纳米相铁，并在其遗传特征中表现出最高的金属相关应力标记。
年轻土壤的重要性
该研究得出的结论是，与不太成熟的土壤相比，较成熟的风化层对于幼苗的生长效果较差。这是一个重要的结论，因为它表明植物可以使用风化层作为资源在月球栖息地生长。但是栖息地的位置应该以土壤的成熟度为指导。
最后一个想法：让我震惊的是，这些发现也适用于我们世界上的一些贫困地区。我不想重复“为什么把所有这些钱都花在空间研究上，而这些钱本可以花在学校和医院上？”的旧论点。那将是另一篇文章的主题。
但是，这项研究产生的技术发展是否适用于地球？是否可以利用与压力相关的基因变化来开发更抗旱的作物？还是可以耐受更高水平金属的植物？
如果让植物在月球上生长有助于帮助地球上的花园变得更绿，那将是一项伟大的成就。 
本文根据知识共享许可从The Conversation重新发布。阅读原文。
图片来源： 凯文吉尔/ Flickr