Công việc được thực hiện lần đầu tiên trong lịch sử loài người này cũng giúp họ xem xét cách thực vật phản ứng với đất Mặt trăng vốn hoàn toàn khác với đất thông thường trên hành tinh của chúng ta.
Sứ mệnh không gian
Nghiên cứu trên là bước đầu tiên hướng tới việc trồng cây để lấy thực phẩm và oxy trên Mặt trăng hoặc trồng cây trong các sứ mệnh không gian trong tương lai. Nghiên cứu này được đưa ra khi chương trình Artemis do NASA dẫn đầu có kế hoạch đưa con người trở lại Mặt trăng.
Một trong những tác giả của nghiên cứu là giáo sư về khoa học làm vườn Rob Ferl tại Viện Khoa học Nông nghiệp và Thực phẩm của Đại học Florida (UF/ IFAS). Ông cho biết Artemis sẽ yêu cầu được hiểu rõ hơn về việc trồng cây trong không gian.
Trong khi đó, theo một trong các đồng tác giả nghiên cứu là Tiến sĩ Anna-Lisa Paul, thậm chí trong những ngày đầu của việc khám phá Mặt trăng, thực vật cũng đã đóng vai trò quan trọng.
Theo bà Paul, thực vật từng giúp xác minh các mẫu đất mang về từ Mặt trăng không chứa mầm bệnh hoặc các thành phần không xác định khác có thể gây hại cho sự sống trên cạn.
Tiến sĩ Paul và Giáo sư Ferl là những chuyên gia được quốc tế công nhận trong nghiên cứu về thực vật trong không gian. Thông qua Phòng thí nghiệm Thực vật Không gian của Đại học Florida, họ đã gửi các thí nghiệm tới Trạm Vũ trụ quốc tế và trên các chuyến bay tới quỹ đạo.
“Đối với các nhiệm vụ không gian dài hơn trong tương lai, chúng tôi có thể sử dụng Mặt trăng làm trung tâm hoặc bệ phóng. Quan trọng là chúng tôi muốn dùng đất có sẵn ở đây để trồng cây.
Vậy, điều gì sẽ xảy ra khi bạn trồng cây bằng đất Mặt trăng, một thứ hoàn toàn nằm ngoài trải nghiệm tiến hóa của thực vật? Thực vật sẽ phản ứng ra sao với đất Mặt trăng? Chúng ta có thể có người nông dân Mặt trăng không?”, Giáo sư Ferl nói.
Để trả lời những câu hỏi trên, các chuyên gia đã thiết kế một thí nghiệm đơn giản là gieo hạt trong đất Mặt trăng, thêm nước, chất dinh dưỡng và ánh sáng rồi ghi lại kết quả.
Bất ngờ với thử nghiệm
Điều phức tạp là họ chỉ có 12 gam (vài thìa cà phê) đất Mặt trăng để thực hiện thí nghiệm này. Theo hợp đồng cho mượn từ NASA, đất này đã được thu thập trong các sứ mệnh Apollo 11, 12 và 17 lên Mặt trăng.
Với số lượng đất ít ỏi có giá trị lớn về ý nghĩa lịch sử và khoa học này, các chuyên gia phải thiết kế một thí nghiệm quy mô nhỏ, được bố trí cẩn thận.
Để phát triển khu vườn Mặt trăng nhỏ bé của mình, họ phải dùng những lọ nhỏ xíu để làm chậu cây. Sau khi lấp đầy mỗi “chậu” với khoảng 1 gam đất Mặt trăng, họ làm ẩm đất bằng dung dịch dinh dưỡng và thêm một vài hạt giống từ cây Arabidopsis (cây họ cải).
Arabidopsis được sử dụng rộng rãi trong khoa học thực vật vì mã di truyền của nó đã được lập bản đồ đầy đủ. Trồng cây Arabidopsis trong đất Mặt trăng cho phép các nhà nghiên cứu hiểu sâu hơn về cách đất ảnh hưởng đến thực vật, cho tới mức độ biểu hiện gene.
Để so sánh, họ cũng đã trồng cây trên bằng một chất mô phỏng đất Mặt trăng thật có tên JCS-1A. Những cây này là nhóm cây đối chứng của thí nghiệm.
Trước khi thử nghiệm, các nhà nghiên cứu không chắc liệu những hạt giống trồng trong đất Mặt trăng có nảy mầm hay không. Và cuối cùng, gần như tất cả hạt giống đều nảy mầm.
“Chúng tôi đã rất ngạc nhiên. Chúng tôi không dự đoán được điều này. Điều đó cho thấy đất Mặt trăng không làm gián đoạn các hormone và tín hiệu liên quan đến sự nảy mầm của thực vật”, Tiến sĩ Paul nói.
Phản ứng của cây
Tuy nhiên, theo thời gian, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy sự khác biệt giữa cây trồng trên đất Mặt trăng và nhóm đối chứng. Ví dụ, một số cây trồng trong đất Mặt trăng nhỏ hơn, phát triển chậm hơn hoặc có kích thước không đồng đều so với các cây khác cùng loại.
Tiến sĩ Paul giải thích, đây đều là những dấu hiệu vật lý cho thấy thực vật đang làm việc để chống chọi với cấu trúc và hóa học của đất Mặt trăng. Điều này càng được khẳng định khi các nhà nghiên cứu phân tích các biểu hiện gen của thực vật.
Ở cấp độ di truyền, thực vật đang sử dụng các công cụ thường được dùng để đối phó với các tác nhân gây căng thẳng như muối và kim loại. Vì vậy, thực vật cảm nhận được sự căng thẳng đối với môi trường đất Mặt trăng.
Các chuyên gia cho rằng, cách các thực vật phản ứng với đất Mặt trăng có thể liên quan đến nơi đất được lấy. Ví dụ, các nhà nghiên cứu phát hiện ra những cây có nhiều dấu hiệu căng thẳng nhất khi được trồng ở nơi được gọi là đất Mặt trăng “trưởng thành”. Đây là loại đất tiếp xúc nhiều với gió vũ trụ hơn khiến cấu trúc của chúng bị thay đổi. Mặt khác, cây trồng trong đất “kém trưởng thành” sẽ tốt hơn.
Theo một trợ lý giáo sư địa chất tại Đại học Florida là Elardo, trồng cây trong đất Mặt trăng cũng có thể làm thay đổi đất.
“Mặt trăng là một nơi rất khô. Các khoáng chất trong đất Mặt trăng sẽ phản ứng ra sao khi có một cây trồng trong đó, được bổ sung nước và dinh dưỡng? Liệu việc bổ sung nước có làm cho hệ thống khoáng vật học dễ chịu hơn với thực vật hay không?”, ông Elardo nói.
Các nghiên cứu tiếp theo sẽ dựa trên những câu hỏi này và hơn thế nữa. Hiện, các nhà khoa học đang ăn mừng vì đã thực hiện được những bước đầu tiên để trồng cây trên Mặt trăng.
