科学者たちは史上初めて、アポロ計画で持ち帰られた月の土壌で植物を栽培しました。しかし、これらの植物に見られるストレスの程度を考えると、近い将来に月で農業が実現する可能性は低いでしょう。
Communications Biology誌に掲載された新たな研究は、植物、特にシロイヌナズナ（Arabidopsis thaliana）が月の表土で生育することを初めて示した。
「少し考えてみれば、その意味は驚くべきものです」と、フロリダ大学の研究に携わった3人の科学者は、グループメールで私にこう書きました。「地球上の生命は月面で生存できる可能性があり、月面で過ごす宇宙飛行士にとって、植物はこれまで推測でしかなかった方法で生命維持に利用できる可能性があります。」
これは間違いなく、真に驚くべき、そして予想外の結果です。科学者たちが説明したように、月のレゴリスは地球の土壌とは全く異なります。地球の土壌は鋭く、研磨性があり、有機物は一切含まれていません。さらに、月のレゴリスには、鉄に関連するものなど、地球の土壌には存在しない特定の化学状態が含まれています。また、火山ガラスの小さな破片も詰まっています。そしてもちろん、大気の薄い月は、常に放射線に晒されています。
確かに植物は成長しましたが、だからといって驚くほど順調だったわけではありません。月のレゴリスで育ったシロイヌナズナの標本には、成長の遅れ、体積の減少、変色など、ストレスの兆候が見られました。フロリダ大学食品農業科学研究所の園芸家ロバート・ファール氏を含む研究チームは、月面で現地の土壌を用いて植物を栽培することができれば、さらなる研究が必要になると述べています。フロリダ大学の園芸家アナ・リサ・ポール氏と地質学者スティーブン・エラルド氏は、この研究の共著者です。
月で植物を育てたいと考えるのは当然のことです。植物は二酸化炭素を吸収し、水を循環させながら酸素とデンプンを生成します。「地球上で持続的な生命維持サイクルを完了し、地球を離れた後もおそらく同じことをするでしょう」と研究者たちは説明しています。
この研究では、アポロ11号、12号、そして17号のミッションから持ち帰ったサンプルを使用しました。これらの貴重な試料を入手するのは容易ではありませんでした。研究チームは過去11年間に3回にわたりサンプルの提供を正式に要請し、NASAはようやくその要請に応じ、実験のために12グラムを貸与してくれました。これはほんの小さじ数杯分です。科学者たちは、月の土壌を模擬したものを用いて、この実験に必要な最小限の量を見つけるために何年も費やしました。このプロセスの鍵となったのは、後に実験の対照基質として使用したJSC-1Aと呼ばれる月の模擬物質でした。
「1株あたり1グラムという最低限の量がわかったので、どれくらいの量を要求するべきかが分かりました」と研究チームは私に語った。「統計的に堅牢な研究を行うには、月面サンプル1つにつき4株の植物が必要でした。これがNASAへのサンプル提供要請の根拠となりました。」
重要なのは、アポロのサンプルは全て同じではなかったということです。アポロ11号のサンプルは地表から直接採取されたもので、宇宙風にさらされてかき混ぜられているため「成熟した土壌」とみなされています。一方、アポロ12号と17号のサンプルはより深い層から掘削されました。研究者たちは、JSC-1A月面模擬土壌に加えて、地球の火山灰でも植物の栽培を試みました。火山灰も対照培地として利用されました。
科学者たちは、ユーラシアとアフリカ原産の小さな顕花植物であるシロイヌナズナを使用しました。その理由は、「ゲノムの配列が解読され、ほとんどの遺伝子の機能について詳細なマッピングが行われている」ためです。これにより、月面レゴリスでの成長に生理的に適応するためにシロイヌナズナが用いる特定の遺伝子を特定することができました。また、シロイヌナズナは非常に小さいため、通常は細胞培養に用いられる指ぬきほどの大きさのウェルに、わずか1グラムの培養材料を入れて培養することができました。
驚くべきことに、シロイヌナズナはテストされたすべての土壌条件で生育しましたが、月のレゴリスでは成長が遅くなりました。また、月面の植物は対照群に比べて葉が大きく成長するまでに時間がかかり、根系の成長も阻害されていました。これらは、植物に観察された赤みがかった黒色の色素と同様に、ストレスの兆候とみなされました。
科学者たちは、植物が金属や活性酸素含有化合物への反応など、ストレス関連遺伝子を発現する速度も観察しました。アポロ11号の基質で育った植物はこれらの遺伝子を465個発現しましたが、アポロ12号の植物は265個、アポロ17号の植物は113個でした。この発見は、地表のレゴリスは、地下深くの土壌に比べて生育基質として理想的ではないことを示唆しています。科学者たちは、宇宙線と太陽風への長期曝露、そして微小な鉄粒子の存在が、実験で観察されたストレスを引き起こした可能性が高いと述べています。
@UF の科学者たちが、史上初めて月の土壌で植物を栽培しました！宇宙で植物を栽培する能力は、長期的な宇宙探査を可能にするために不可欠であり、この研究は #Artemis による月への帰還に向けて重要な鍵となるでしょう。https://t.co/5t8Ggx8pif
— NASA Artemis (@NASAArtemis) 2022 年 5 月 12 日
私は、植物の生命を適切に維持できるように月の表土を処理するための可能な緩和戦略についてチームに尋ねました。
「ああ、とても重要な質問ですね」と彼らは答えました。「私たちの研究は、本当に良い成長のためには、何らかの緩和策が必要になる可能性があることを示唆しています。その緩和策の一部は、同じサンプルで植物を繰り返し育て、生物学的作用によって土壌を整えることで実現できるかもしれません。レゴリスを通して水を循環させるなど、より積極的な緩和策も効果があるかもしれません。」
NASAの次期アルテミス計画の主要目標は、月面に持続可能な居住地を構築することです。この新たな論文は、注目すべき発見とともに、その実現に向けた正しい方向を示しています。
