Arabidopsis a poussé dans le régolithe lunaire d’Apollo, mais a montré des signes de stress

Le régolithe lunaire est le matériau meuble qui recouvre la surface de la Lune. Contrairement au sol terrestre, il s’agit d’un matériau minéral dépourvu de matière organique ; ses particules et fragments proviennent de la surface lunaire. Pour étudier la réponse d’une plante terrestre lorsqu’elle y pousse directement, une équipe a semé Arabidopsis thaliana dans des échantillons rapportés par les missions Apollo 11, Apollo 12 et Apollo 17. L’étude a été publiée dans Communications Biology ; l’article scientifique présente l’expérience et ses résultats.

Les graines ont germé et les plantes ont poussé dans les trois échantillons, mais leur développement était plus lent que celui du témoin cultivé dans le JSC-1A, un simulant de sol lunaire. Les plantes cultivées dans du régolithe réel avaient aussi des racines plus rabougries et des frondaisons moins étendues. L’expérience a examiné ces caractéristiques ainsi que l’expression génique des plantes. Cette question intéresse l’étude de systèmes de culture susceptibles de faire partie du support vital lors de futurs séjours lunaires : les plantes peuvent produire de la nourriture et de l’oxygène, recycler l’eau et éliminer le dioxyde de carbone d’un habitat.

Trois échantillons des missions Apollo

Les échantillons portaient les numéros 10084, 12070 et 70051 et provenaient respectivement d’Apollo 11, Apollo 12 et Apollo 17. Tous trois ont été prélevés dans des régions lunaires dominées par une minéralogie basaltique, mais représentent des régolites de degrés de maturité différents. Dans ce contexte, la maturité décrit l’exposition du matériau à la surface lunaire et aux processus qui y agissent.

L’équipe a classé l’échantillon d’Apollo 11 comme mature et celui d’Apollo 12 comme submature. L’échantillon d’Apollo 17 était un mélange immature, ayant été exposé moins longtemps et provenant de plusieurs zones du site d’alunissage. Pour comparer la croissance, les chercheurs ont utilisé le JSC-1A, un simulant de régolithe lunaire, comme matériau témoin. L’étude a donc comparé des plantes cultivées dans d’authentiques échantillons lunaires à des plantes cultivées dans un matériau préparé pour simuler le sol lunaire.

L’espèce choisie était Arabidopsis thaliana, une petite plante utilisée en recherche. Le reportage d’Eos sur l’expérience explique que l’équipe a analysé l’expression génique après 20 jours de croissance. Les observations décrites concernent cette espèce, les trois échantillons précis et les conditions de l’essai.

Germination et réponses au stress

Par rapport aux plantes témoins cultivées dans le JSC-1A, celles qui poussaient dans du régolithe lunaire réel se développaient plus lentement et présentaient des racines plus rabougries et des frondaisons moins étendues. Elles montraient aussi des signes visibles de stress, notamment une pigmentation verte ou violette plus intense. L’étude a décrit des morphologies de stress sévère chez de nombreuses plantes.

L’analyse génétique a détecté des changements dans l’expression de gènes associés au stress ionique chez les plantes cultivées dans les échantillons lunaires. Selon les chercheurs, les réponses observées ressemblaient à celles que présentent les plantes face à un stress lié aux sels, aux métaux et aux espèces réactives de l’oxygène. La germination et la croissance ont donc eu lieu en même temps que des signes observables de stress, tant dans l’apparence des plantes que dans leurs profils d’expression génique.

L’équipe a proposé que les différences chimiques entre le régolithe authentique et le simulant puissent contribuer à expliquer certaines difficultés. Dans son compte rendu de l’étude, Eos a cité comme exemple la forme chimique du fer : le matériau lunaire contient du fer associé aux interactions avec le vent solaire, tandis que les simulants et les sols terrestres peuvent présenter des formes différentes, plus accessibles aux plantes. Stephen Elardo, géochimiste planétaire à l’Université de Floride et coauteur de l’étude, a déclaré à Eos que les simulants peuvent être utiles pour les questions d’ingénierie, mais qu’ils ne reproduisent pas nécessairement à l’identique la chimie à laquelle les plantes ont accès.

Le stress variait selon les régolites

Les plantes cultivées dans l’échantillon d’Apollo 11 étaient les plus stressées, tandis que celles de l’échantillon d’Apollo 17 étaient les moins stressées. Cette comparaison concorde avec la classification de maturité : Apollo 11 représente le matériau le plus mature des trois sites, et Apollo 17 un mélange immature moins longtemps exposé à la surface lunaire.

D’après le reportage d’Eos, une exposition plus longue laisse agir des processus tels que le vent solaire, les rayons cosmiques et les impacts de micrométéorites. Ces processus peuvent modifier la chimie, la granularité et la teneur en verre du régolithe. La coauteure Anna-Lisa Paul, de l’Université de Floride, a indiqué au média que la provenance du matériau peut compter lorsqu’on le choisit comme substrat de culture. Le résultat observé dans les échantillons souligne que des matériaux provenant de lieux différents et présentant des degrés de maturité différents étaient associés à des réponses végétales distinctes.

Ce que l’essai apporte à l’exploration lunaire

L’expérience a montré qu’Arabidopsis thaliana a germé et poussé dans les trois échantillons de régolithe étudiés, et a documenté des différences de développement et des signes de stress. Elle apporte des informations pour étudier l’utilisation éventuelle de ressources locales dans des systèmes de culture lunaires. Les auteurs estiment que l’interaction entre les plantes et le régolithe doit être étudiée plus en détail et probablement atténuée afin de faciliter l’utilisation efficace de ce matériau dans les systèmes de support vital des stations lunaires.

La portée des résultats reste liée à la plante et aux matériaux testés : Arabidopsis thaliana et les échantillons rapportés par Apollo 11, Apollo 12 et Apollo 17. L’essai fournit des observations dans ces conditions expérimentales, notamment sur la différence entre le régolithe lunaire et le simulant utilisé comme témoin. Les auteurs proposent comme étape suivante de mieux élucider l’interaction entre les plantes et le matériau lunaire.

Dans l’ensemble, les échantillons ont permis la germination et la croissance, mais le développement était plus lent que dans le simulant et s’accompagnait de réponses au stress. L’intensité observée variait également selon les échantillons. Ces résultats constituent une base pour continuer à étudier les liens entre le matériau lunaire, sa provenance et la croissance végétale dans les recherches sur de futurs habitats.