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在太空時(shí)代早期，多項(xiàng)阿波羅任務(wù)曾將月球表面的樣本，也就是月壤，帶回地球，送進(jìn)實(shí)驗(yàn)室利用最先進(jìn)的設(shè)備進(jìn)行研究。

幾十年過(guò)去了，這些樣本中的三個(gè)已經(jīng)被用來(lái)成功種植出了植物。在一項(xiàng)最新的研究中，科學(xué)家首次利用月壤種植出了耐寒、且得以廣泛研究的擬南芥（Arabidopsis thaliana）。

（圖／UF, IFAS, Tyler Jones）

雖然這不是第一次嘗試在月壤中種植植物，但卻是第一次證明了月壤究竟為什么很難讓植物茁壯成長(zhǎng)。研究人員在基因?qū)用嬖敿?xì)檢查并研究了這些植物，從而找出哪些不利的土壤環(huán)境因素可能對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生了影響。

如果有朝一日，我們需要對(duì)月球或火星這些宇宙近鄰進(jìn)行長(zhǎng)期探索，甚至進(jìn)行殖民，在地外環(huán)境中種植植物是繞不開(kāi)的問(wèn)題之一?，F(xiàn)在，發(fā)表在《自然通訊·生物》上的這項(xiàng)研究已經(jīng)開(kāi)始提供答案。

  干燥貧瘠的月壤  

植物生長(zhǎng)并沒(méi)有那么容易，充足的陽(yáng)光與溫柔的雨露缺一不可，在野外，還需要忙碌的蜜蜂和蝴蝶為植物授粉，更重要的是，你需要條件良好、肥沃的土壤來(lái)提供必要的礦物質(zhì)。

遺憾的是，在月球上這一切都不存在。月壤和地球上的土壤也是天差地別。首先，月壤不包含地球土壤所特有的那些有機(jī)物質(zhì)，比如蠕蟲(chóng)、細(xì)菌，還有腐爛的植物物質(zhì)。月壤也沒(méi)有地球土壤中的那種足夠的水量。

然而，兩者的相似之處在于，月壤是由與地球土壤相同的礦物質(zhì)組成的，因此，假如在未來(lái)的人類月球基地內(nèi)，水、陽(yáng)光和空氣缺乏等問(wèn)題都得以解決，那么月壤就應(yīng)該有潛力用于種植植物。

研究表明，情況確實(shí)如此。在實(shí)驗(yàn)中，擬南芥的種子在阿波羅月壤樣本中發(fā)芽的速度，與在地球土壤中發(fā)芽的速度相同。

但是，團(tuán)隊(duì)注意到，當(dāng)?shù)厍蛲寥乐械闹参锢^續(xù)發(fā)育根和莖，并長(zhǎng)出葉子時(shí)，阿波羅樣本中的幼苗卻出現(xiàn)發(fā)育不良的情況，根部狀態(tài)糟糕。

生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)的第16天，不同土壤樣本中的植物出現(xiàn)了明顯的生長(zhǎng)差異。（圖／Paul et al.）

更有意思的是，三份阿波羅樣本中的植物分別受到了不同程度的影響，其中，阿波羅11號(hào)樣本的生長(zhǎng)速度最慢。

雖然這三份樣本來(lái)自不同的阿波羅任務(wù)，但其中月壤的化學(xué)和礦物學(xué)成分相當(dāng)相似。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中用到的這份被稱為JSC-1A的地球土壤，也并不是普通土壤。

它其實(shí)是一種專門為模擬月球表面而準(zhǔn)備的礦物混合物，但不包含任何有機(jī)物。JSC-1A的起始材料是玄武巖，就像月壤一樣，其中還添加了天然火山玻璃，模擬了玻璃質(zhì)的粘合集塊巖的存在，也就是那些與熔化的玻璃混合的小礦物碎片，這類物質(zhì)在月壤中格外豐富。

換言之，這4份樣本在化學(xué)和礦物學(xué)成分上并無(wú)太多差別。研究人員因此懷疑，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的因素并不是唯一起作用的力量。

  基因?qū)用娴恼{(diào)查  

在植物生長(zhǎng)約20天后，團(tuán)隊(duì)收取了這些植物，并將它們磨碎，對(duì)其中的遺傳物質(zhì)進(jìn)行了研究，這也是研究中的關(guān)鍵步驟，它揭示出了植物生長(zhǎng)的更多細(xì)節(jié)。

基因?qū)用娴臋z查發(fā)現(xiàn)，所有阿波羅樣本幼苗中的大部分脅迫反應(yīng)，也就是對(duì)不利于植物生長(zhǎng)的環(huán)境的最強(qiáng)烈的遺傳反應(yīng)，來(lái)自月球樣本中的鹽、金屬和高活性的氧，后兩者在地球土壤中并不常見(jiàn)。

研究人員將實(shí)驗(yàn)中生長(zhǎng)出的植物放入小管中，用于關(guān)鍵的基因分析。（圖／UF, IFAS, Tyler Jones）

科學(xué)家認(rèn)為，問(wèn)題的關(guān)鍵應(yīng)該就在粘合集塊巖上，它是阿波羅月壤中的幼苗與地球土壤中的相比生長(zhǎng)不良的潛在原因之一，也是三種月球樣本之間生長(zhǎng)模式產(chǎn)生差異的原因。

粘合集塊巖是月球表面的一種常見(jiàn)特征，由一個(gè)被稱為月球園藝（lunar gardening）的過(guò)程形成。這是一種通過(guò)宇宙輻射、太陽(yáng)風(fēng)和微小的隕石對(duì)月球表面的轟擊，也就是空間風(fēng)化過(guò)程來(lái)改變?cè)氯佬再|(zhì)的方式。

由于沒(méi)有大氣來(lái)減緩微隕石的撞擊，這些隕石會(huì)以極高的速度撞上月球表面，導(dǎo)致熔化，然后在撞擊處快速冷卻。漸漸的，小型的集料積少成多，并被玻璃固定在一起。其中還含有空間風(fēng)化過(guò)程中形成的金屬鐵（納米鐵）的微小顆粒。

這種納米相的鐵，成了阿波羅樣品中的玻璃質(zhì)粘合集塊巖，與地球樣本中的天然火山玻璃之間的最大差異。這也是在植物的基因圖譜中出現(xiàn)金屬相關(guān)脅迫的最有可能的原因。

換句話說(shuō)，真實(shí)月壤中粘合集塊巖的存在，使得阿波羅樣本中的幼苗，特別是阿波羅11號(hào)的幼苗的生長(zhǎng)倍加吃力。

月壤中粘合集塊巖的豐度取決于材料暴露在月球表面的時(shí)間長(zhǎng)度，這也被稱為月壤的成熟度。成熟度非常高的月壤已經(jīng)在表面存在了很長(zhǎng)時(shí)間，它們出現(xiàn)在那些沒(méi)有被最近的撞擊事件擾亂的地方，而成熟度低的月壤（來(lái)自月球表面之下）則出現(xiàn)在新的撞擊坑周圍和陡峭的撞擊坑斜坡上。

來(lái)自不同阿波羅任務(wù)的三份樣本，分別取自月球的不同區(qū)域，因此月壤的成熟度各不相同，其中阿波羅11號(hào)的物質(zhì)成熟度最高。它含有最多納米相的鐵，并在基因圖譜中表現(xiàn)出了最高的金屬相關(guān)的脅迫標(biāo)記。

  選擇合適的土壤  

研究總結(jié)認(rèn)為，與成熟度低的月壤相比，更成熟的月壤才是幼苗生長(zhǎng)的有效基質(zhì)。這至關(guān)重要，因?yàn)樗砻?，植物的確有機(jī)會(huì)以月壤為資源進(jìn)行生長(zhǎng)。但具體取樣位置的選擇還要以土壤的成熟度作為重要指標(biāo)。

此外，一些科學(xué)家認(rèn)為，這項(xiàng)研究或許也可以對(duì)地球上的植物生長(zhǎng)、作物種植提供一些指導(dǎo)。如果讓植物在月球上生長(zhǎng)同樣有助于幫助地球上變得更有生機(jī)，這確實(shí)是一項(xiàng)偉大的成就。