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Coltivare piante nel suolo lunare: una novità nella storia umana

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In un nuovo documento di ricerca pubblicato sulla rivista Communications Biology il 12 maggio 2022, i ricercatori dell’Università della Florida hanno dimostrato che le piante possono germogliare e crescere con successo nel suolo lunare.

Il loro studio ha anche esaminato il modo in cui le piante rispondono biologicamente al suolo lunare (regolite) che è radicalmente diverso dal tipico suolo che si trova sulla Terra.

Questa ricerca è un primo passo verso la coltivazione di piante per il cibo e l’ossigeno sulla Luna o durante le future missioni spaziali. “Il programma Artemis richiederà una migliore comprensione di come coltivare piante nello spazio“, ha affermato Rob Ferl, uno degli autori dello studio e professore di scienze dell’orticoltura presso l’UF Institute of Food and Agricultural Sciences (UF/IFAS).

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Anche nei primi giorni dell’esplorazione lunare, le piante hanno svolto un ruolo importante, ha affermato Anna-Lisa Paul, anche lei autrice dello studio e professoressa di ricerca di scienze dell’orticoltura in UF/IFAS.

Le piante hanno contribuito a stabilire che i campioni di suolo riportati dalla Luna non ospitavano agenti patogeni o altri componenti sconosciuti che avrebbero danneggiato la vita terrestre, ma quelle piante sono state solo spolverate con la regolite lunare e non sono mai state effettivamente coltivate al suo interno“, ha detto Paul.

Paul e Ferl sono esperti riconosciuti a livello internazionale nello studio delle piante nello spazio. Attraverso l’UF Space Plants Lab, hanno inviato esperimenti su navette spaziali, alla Stazione Spaziale Internazionale e su voli suborbitali.

“Per future missioni spaziali più lunghe, potremmo usare la Luna come hub o trampolino di lancio. Ha senso l’idea che utilizzeremo il terreno che è già lì per far crescere le piante”, ha detto Ferl. “Quindi, cosa succede quando coltivi piante nel suolo lunare, qualcosa che è totalmente al di fuori dell’esperienza evolutiva di una pianta? Cosa farebbero le piante in una serra lunare? Potremmo avere agricoltori lunari?

Per iniziare a rispondere a queste domande, Ferl e Paul hanno progettato un esperimento apparentemente semplice: piantare semi nel suolo lunare, aggiungere acqua, sostanze nutritive e luce e registrare i risultati.

Piante che crescono nel suolo lunare

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Piante di Arabidopsis 6 giorni dopo la semina. I quattro vasi a sinistra contengono piante che crescono nel simulante del suolo lunare JSC-1A. I tre pozzi di destra contengono piante che crescono in terreni lunari raccolte durante le missioni Apollo 11, 12 e 17. UF/IFAS foto di Tyler Jones. Credito: foto UF/IFAS di Tyler Jones

La complicazione: gli scienziati avevano solo 12 grammi – pochi cucchiaini – di suolo lunare con cui fare questo esperimento. In prestito dalla NASA, questo suolo è stato raccolto durante le missioni Apollo 11, 12 e 17 sulla Luna. Paul e Ferl hanno fatto domanda tre volte nel corso di 11 anni per avere la possibilità di lavorare con la regolite lunare.

La piccola quantità di terreno, per non parlare del suo incalcolabile significato storico e scientifico, significava che Paul e Ferl dovevano progettare un esperimento su piccola scala e accuratamente organizzato. Per far crescere il loro minuscolo giardino lunare, i ricercatori hanno utilizzato vasi delle dimensioni di un ditale in piastre di plastica normalmente utilizzate per la coltura delle cellule. Ogni vaso funzionava come una pentola. Dopo aver riempito ogni “vaso” con circa un grammo di terreno lunare, gli scienziati hanno inumidito il terreno con una soluzione nutritiva e hanno aggiunto alcuni semi della pianta di Arabidopsis.

L’Arabidopsis è ampiamente utilizzata nelle scienze vegetali perché il suo codice genetico è stato completamente mappato. La coltivazione dell’Arabidopsis nel suolo lunare ha consentito ai ricercatori di comprendere meglio come il suolo ha influenzato le piante, fino al livello di espressione genica.

Come punto di confronto, i ricercatori hanno anche piantato Arabidopsis in JSC-1A, una sostanza terrestre che imita il vero suolo lunare, così come i suoli marziani simulati e i suoli terrestri da ambienti estremi. Le piante coltivate in questi suoli non lunari erano il gruppo di controllo dell’esperimento. Prima dell’esperimento, i ricercatori non erano sicuri se i semi piantati nei terreni lunari sarebbero germogliati. Ma lo hanno fatto quasi tutti.

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Siamo rimasti stupiti. Non lo avevamo previsto“, ha detto Paul. “Questo ci ha detto che i terreni lunari non hanno inibito gli ormoni e i segnali coinvolti nella germinazione delle piante“.

Tuttavia, col passare del tempo, i ricercatori hanno osservato differenze tra le piante coltivate nel suolo lunare e il gruppo di controllo. Ad esempio, alcune delle piante coltivate nei terreni lunari erano più piccole, crescevano più lentamente o avevano dimensioni più varie rispetto alle loro controparti.

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Questi erano tutti segni fisici che le piante stavano lavorando per far fronte alla composizione chimica e strutturale del suolo lunare, ha spiegato Paul. Ciò è stato ulteriormente confermato quando i ricercatori hanno analizzato i modelli di espressione genica delle piante.

A livello genetico, le piante stavano estraendo gli strumenti tipicamente utilizzati per far fronte a fattori di stress, come sale e metalli o stress ossidativo, quindi possiamo dedurre che le piante percepiscono l’ambiente del suolo lunare come stressante“, ha detto Paul. “In definitiva, vorremmo utilizzare i dati di espressione genica per aiutare ad affrontare come possiamo migliorare le risposte allo stress al livello in cui le piante, in particolare le colture, sono in grado di crescere nel suolo lunare con un impatto minimo sulla loro salute“.

Il modo in cui le piante rispondono al suolo lunare può essere collegato al luogo in cui è stato raccolto il suolo, hanno affermato Ferl e Paul, che hanno collaborato allo studio con Stephen Elardo, assistente professore di geologia all’UF.

Ad esempio, i ricercatori hanno scoperto che le piante con il maggior numero di segni di stress erano quelle coltivate in quello che i geologi lunari chiamano suolo lunare maturo. Questi terreni maturi sono quelli più esposti al vento cosmico, che ne altera la composizione. D’altra parte, le piante coltivate in terreni relativamente meno maturi se la sono cavata meglio.

Le piante in crescita nei suoli lunari possono anche cambiare i suoli stessi, ha detto Elardo.

La Luna è un luogo molto, molto secco. In che modo i minerali presenti nel suolo lunare risponderanno all’avere una pianta cresciuta in essi, con l’aggiunta di acqua e sostanze nutritive? L’aggiunta di acqua renderà la mineralogia più ospitale per le piante?” spiega Elardo.

Gli studi di follow-up si baseranno su queste domande e altro ancora. Per ora, gli scienziati festeggiano di aver mosso i primi passi verso la coltivazione di piante sulla Luna. “Volevamo fare questo esperimento perché, per anni, ci siamo chiesti se le piante sarebbero cresciute nel suolo lunare“, ha detto Ferl. “La risposta è sì“.

Riferimento: “Plants grown in Apollo lunar regolith present stress-associated transcriptomes that inform prospects for lunar exploration” di Anna-Lisa Paul, Stephen M. Elardo e Robert Ferl, 12 maggio 2022, Biologia delle comunicazioni .
DOI: 10.1038/s42003-022-03334-8

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