Per la prima volta delle piante germogliano nella regolite lunare

In vista delle prossime nuove missioni lunari del programma Artemis, uno studio finanziato dalla NASA ha dimostrato la possibilità di utilizzare la polvere lunare come terreno di crescita per le specie vegetali.

Dopo la recente apertura di un campione integro e sigillato 50 anni fa dagli astronauti della missione Apollo 17, la regolite torna in primo piano con un nuovo esperimento mai tentato prima e subito coronato da successo.
Utilizzando pochi grammi di suolo lunare raccolto dagli astronauti tra il 1969 e il 1972, alcuni ricercatori dell’Università della Florida hanno fatto germogliare delle piantine di arabetta comune (Arabidopsis thaliana), che successivamente sono state sottoposte al sequenziamento genetico per evidenziarne eventuali mutazioni rispetto ai campioni di controllo.

«Questa ricerca è di vitale importanza per i nostri programmi di esplorazione umana della Luna», ha affermato l’amministratore della NASA, Bill Nelson. «Gli astronauti che vivranno e opereranno per lunghi periodi sulla Luna o Marte, utilizzeranno risorse locali per la produzione del cibo. Allo stesso modo questo studio sarà utile anche qui sulla Terra, per capire meglio come le piante possano affrontare condizioni di scarsa fertilità del suolo».

L’Arabetta comune è nativa dell’Eurasia e dell’Africa ma è diffusa e infestante in tutto il mondo. Appartiene alla famiglia delle Brassicacee ed è parente stretta dei comunissimi cavoli, rape, colza, senape, ravanello e rafano. Per la sua facilità di crescita è una delle specie più studiate al mondo, viene utilizzata come modello standard in ogni branca della ricerca sulla biologia delle piante, la sua mappa genetica è ampiamente nota ed è già stata studiata nello spazio.

L’esperimento

Non è stato facile ottenere la regolite lunare dal Lunar Sample Laboratory Facility del Johnson Space Center di Houston, ma dopo diverse richieste e 11 anni di attesa, i ricercatori della Florida sono stati premiati con 12 grammi di genuino suolo lunare incontaminato.
La regolite utilizzata proviene dalle missioni Apollo 11, 12 e 17 e in particolare:

• A-11, campione 10084 ottenuto setacciando materiale raccolto da Armstrong e Aldrin in 9 differenti siti nelle vicinanze del modulo lunare per colmare lo spazio rimasto vuoto e proteggere i campioni di roccia del contenitore ALSRC#1003. Il 10084 è il campione lunare maggiormente distribuito e più studiato tra gli istituti di ricerca di tutto il mondo.
• A-12, campione 12070 ottenuto setacciando materiale raccolto da Conrad e Bean in 6 differenti siti sul bordo di un cratere non distante dal modulo lunare.
• A-17, campione 70051 ottenuto setacciando materiale depositatosi sul rover durante gli spostamenti e raccolto da Cernan e Schmitt.

Tutti e tre i campioni utilizzati provengono da zone della Luna in cui è prevalente la natura basaltica di origine vulcanica, con la regolite di Apollo 11 che dalle analisi è risultata essere quella maggiormente esposta alle severe condizioni della superficie. Quella di Apollo 12 è leggermente più giovane, mentre quella di Apollo 17, essendo stata sollevata dalla ruote del rover, è risultata la meno omogenea e più giovane.
Come controllo è stata utilizzata una miscela di materiale vulcanico terrestre, denominato JSC-1A, comunemente utilizzato come simulante della regolite.

I campioni lunari sono stati suddivisi in diverse cellette di coltura, 4 per ciascuna delle tre missioni Apollo e 16 per il controllo. Ciascuna celletta conteneva 0,9 grammi di regolite e 7 mm di lana di roccia sul fondo per assorbire l’acqua in eccesso.
Dopo la semina le cellette sono state poste in un contenitore ventilato che riproduceva le condizioni ambientali di un ipotetico modulo habitat e irrigate giornalmente con una soluzione nutriente.

Con grande stupore dei ricercatori, la germogliazione è iniziata già dopo 48 ore, in tutte le cellette. La crescita è continuata uniforme fino al sesto giorno, dopo il quale è apparso evidente che le piantine nella regolite vera non erano robuste come quelle nel simulante, crescendo più lentamente e perdendo vigore. In qualche caso è anche comparsa una lieve pigmentazione rossa. Le piantine nate nella regolite di Apollo 11, considerata più matura, si sono dimostrate le più deboli rispetto alle altre.

Le piantine sono state espiantate dopo 20 giorni, prima della fioritura, per essere sottoposte agli esami genetici. Il sequenziamento dell’RNA ha evidenziato dei modelli genetici tipici di una condizione di forte stress, causate per esempio da mancanza dello ione fosfato, presenza di cadmio e altri ioni di metalli pesanti. Altre divergenze sono state attribuite a geni di cui non sono ancora note le funzioni.

Per approfondire la questione abbiamo posto due domande alla Dott.ssa Anna-Lisa Paul dell’Interdisciplinary Center for Biotechnology Research and Horticultural Sciences Department dell’Università della Florida, coordinatrice della ricerca e prima firmataria dello studio pubblicato sulla rivista Nature.

AstronautiNews: Voi siete stati i primi a ottenere tale risultato, questo è dovuto al fatto che nessuno in passato ci abbia provato o che tutti i precedenti tentativi sono falliti?

Dott.ssa Paul: No, non è mai stato tentato. In effetti la nostra è stata davvero la prima volta in cui delle piante sono state fatte crescere nella regolite. Durante l’era Apollo però le piante hanno svolto un ruolo determinante per stabilire se i campioni lunari fossero o no nocivi all’ecosistema terrestre. Il Dr. Charles Walkinshaw della NASA infatti, condusse esperimenti in cui applicava polvere lunare su alcune piante e il suo lavoro dimostrò la totale assenza di patogeni potenzialmente nocivi per la vita terrestre.

AstronautiNews: Siete stati in grado di determinare se durante la germogliazione e crescita le piantine hanno assimilato degli elementi chimici del suolo o il ruolo della regolite è stato solamente quello di supporto?

Dott.ssa Paul: Sarebbe molto difficile determinare il grado di assimilazione di specifici elementi della regolite da parte delle piante, ma se tali elementi fossero disponibili nella forma congeniale alle piante per essere assimilata, allora si, avverrebbe esattamente come sulla Terra.

Conclusioni

I dati raccolti hanno dimostrato senza ombra di dubbio che le piante terrestri possono germogliare e crescere nella regolite. L’effetto del vuoto, dei raggi cosmici e del vento solare, la rendono altamente secca, vetrosa, ricca di ioni molto reattivi e ossidata, il che è altamente stressante per le piante.
Le differenze di crescita tra i 3 siti di raccolta hanno dimostrato che per ottenere risultati migliori, sarebbe preferibile una regolite più giovane, raccolta sotto la superficie.
L’analisi dettagliata del sequenziamento genetico aiuterà a determinare quali geni sono stati stimolati a mutare e perché, al fine di realizzare migliori sistemi per arricchire la regolite destinata alla crescita delle piante.

Fonte: NASA, University of Florida
Foto credits: UF/IFAS/Tyler Jones