Arabidopsis è cresciuta nel regolite lunare Apollo, ma ha mostrato segni di stress

La regolite lunare è il materiale sciolto che ricopre la superficie della Luna. A differenza del suolo terrestre, è un materiale minerale privo di materia organica; le sue particelle e i suoi frammenti provengono dalla superficie lunare. Per studiare la risposta di una pianta terrestre quando cresce direttamente al suo interno, un gruppo di ricerca ha seminato Arabidopsis thaliana in campioni riportati dalle missioni Apollo 11, Apollo 12 e Apollo 17. Lo studio è stato pubblicato su Communications Biology; l’articolo scientifico presenta l’esperimento e i suoi risultati.

I semi sono germinati e le piante sono cresciute in tutti e tre i campioni, sebbene lo sviluppo fosse più lento rispetto al controllo coltivato in JSC-1A, un simulante di suolo lunare. Le piante coltivate in regolite reale avevano anche radici più atrofiche e chiome fogliari meno estese. L’esperimento ha esaminato sia queste caratteristiche sia l’espressione genica delle piante. È una questione di interesse per lo studio di sistemi di coltivazione che potrebbero far parte del supporto vitale durante future permanenze lunari: le piante possono produrre cibo e ossigeno, riciclare l’acqua e rimuovere l’anidride carbonica da un habitat.

Tre campioni delle missioni Apollo

I campioni avevano i numeri 10084, 12070 e 70051 e provenivano rispettivamente da Apollo 11, Apollo 12 e Apollo 17. Tutti e tre sono stati raccolti in regioni lunari caratterizzate da una mineralogia basaltica, ma rappresentano regoliti con diversi gradi di maturità. In questo contesto, la maturità descrive l’esposizione del materiale alla superficie lunare e ai processi che vi agiscono.

Il gruppo ha classificato come maturo il campione di Apollo 11 e come submaturo quello di Apollo 12. Il campione di Apollo 17 era una miscela immatura, con un tempo di esposizione minore e proveniente da diverse zone del sito di atterraggio. Per confrontare la crescita, i ricercatori hanno usato JSC-1A, un simulante di regolite lunare, come materiale di controllo. Lo studio ha quindi confrontato piante coltivate in autentici campioni lunari con piante coltivate in un materiale preparato per simulare il suolo lunare.

La specie scelta è stata Arabidopsis thaliana, una piccola pianta usata nella ricerca. Il resoconto di Eos sull’esperimento ha spiegato che il gruppo ha analizzato l’espressione genica dopo 20 giorni di crescita. Le osservazioni descritte riguardano questa specie, i tre campioni specifici e le condizioni della prova.

Germinazione e risposte allo stress

Rispetto alle piante di controllo in JSC-1A, quelle coltivate in autentica regolite lunare sono cresciute più lentamente e hanno presentato radici più atrofiche e chiome fogliari meno estese. Hanno mostrato anche segni visibili di stress, tra cui una pigmentazione verde o viola più intensa. Lo studio ha descritto morfologie di stress grave in molte delle piante.

L’analisi genetica ha rilevato cambiamenti nell’espressione dei geni associati allo stress ionico nelle piante coltivate nei campioni lunari. Secondo i ricercatori, le risposte osservate erano simili a quelle che le piante mostrano in condizioni di stress legato a sali, metalli e specie reattive dell’ossigeno. La germinazione e la crescita si sono quindi verificate insieme a segni osservabili di stress, sia nell’aspetto delle piante sia nei loro modelli di espressione genica.

Il gruppo ha proposto che le differenze chimiche tra la regolite autentica e il simulante possano contribuire a spiegare alcune difficoltà. Nel suo resoconto dello studio, Eos ha indicato come esempio la forma chimica del ferro: il materiale lunare contiene ferro associato alle interazioni con il vento solare, mentre simulanti e suoli terrestri possono presentare forme diverse e più accessibili alle piante. Stephen Elardo, geochimico planetario dell’Università della Florida e coautore dello studio, ha detto a Eos che i simulanti possono essere utili per questioni ingegneristiche, ma non riproducono necessariamente in modo identico la chimica a cui le piante hanno accesso.

Lo stress variava tra le regoliti

Le piante coltivate nel campione di Apollo 11 erano le più stressate, mentre quelle coltivate nel campione di Apollo 17 erano le meno stressate. Il confronto è coerente con la classificazione di maturità: Apollo 11 rappresenta il materiale più maturo dei tre siti e Apollo 17 una miscela immatura con un tempo di esposizione minore alla superficie lunare.

Secondo il resoconto di Eos, un’esposizione più prolungata consente l’azione di processi come il vento solare, i raggi cosmici e gli impatti dei micrometeoriti. Questi processi possono modificare la chimica, la granularità e il contenuto di vetro della regolite. La coautrice Anna-Lisa Paul, dell’Università della Florida, ha detto alla testata che la provenienza del materiale può essere importante quando lo si sceglie come substrato di coltivazione. Il risultato osservato nei campioni mette in evidenza che materiali provenienti da luoghi diversi e con gradi di maturità differenti erano associati a risposte vegetali diverse.

Il contributo della prova all’esplorazione lunare

L’esperimento ha dimostrato che Arabidopsis thaliana è germinata ed è cresciuta in tutti e tre i campioni di regolite esaminati, documentando differenze nello sviluppo e segni di stress. Fornisce informazioni utili a indagare il possibile impiego di risorse locali nei sistemi di coltivazione lunari. Gli autori ritengono che l’interazione tra piante e regolite debba essere studiata più nel dettaglio e probabilmente mitigata per facilitare l’uso efficiente di questo materiale nei sistemi di supporto vitale delle stazioni lunari.

La portata dei risultati è circoscritta alla pianta e ai materiali testati: Arabidopsis thaliana e i campioni riportati da Apollo 11, Apollo 12 e Apollo 17. La prova offre osservazioni relative a quelle condizioni sperimentali, compresa la differenza tra la regolite lunare e il simulante usato come controllo. Come passo successivo, gli autori propongono di chiarire meglio l’interazione tra piante e materiale lunare.

Nel complesso, i campioni hanno consentito la germinazione e la crescita, ma lo sviluppo è stato più lento che nel simulante ed è stato accompagnato da risposte di stress. Anche l’intensità osservata variava tra i campioni. Questi risultati offrono una base per continuare a studiare come il materiale lunare e la sua provenienza si relazionino alla crescita vegetale nelle ricerche sui futuri habitat.