Можно ли выращивать картофель на Луне?

Лунный реголит лишен веществ, которые делают почвы на Земле плодородными для растений

Дэвид Хэнди (David Handy), Аника Лоффлер (Anika Loeffler), Медора Кнудсон (Medora Knudson), Сидни Кэмпбелл (Sydney Campbell), Панкадж Джайсуал (Pankaj Jaiswal), Джеффри К. Андерсон (Jeffrey C. Anderson), Аймерик Гойер (Aymeric Goyer), Университет штата Орегон, США, "Рост и молекулярные реакции картофеля на имитаторы лунного реголита", biorХiv, 11 марта 2026.

Аннотация
Для достижения цели НАСА по созданию устойчивой лунной среды обитания потребуется производство продуктов питания непосредственно на месте. С этой целью было предложено использовать мелкозернистый, похожий на почву материал на лунной поверхности, известный как реголит, в качестве субстрата для роста растений. Однако влияние этого субстрата на рост растений изучено недостаточно. Лунный реголит лишен органических веществ, которые делают почвы на Земле плодородными для роста растений, и подвергся выветриванию под воздействием солнечного ветра, космических лучей и ударов микрометеоритов. Кроме того, реголит в некоторых лунных районах может содержать тяжелые металлы. Эти ионы металлов могут выщелачиваться, создавая проблемы с их накоплением в растительном материале. Для оценки и проверки эффективности производства сельскохозяйственных культур на основе реголита мы использовали имитаторы лунного реголита (LRS). Мы исследовали влияние LRS на развитие растений и клубней картофеля, экспрессию генов и питательные свойства.

Введение
В фильме «Марсианин» астронавт Марк Уотни (Мэтт Дэймон, Matt Damon) выживает в пустыне Марса, выращивая картофель на местной почве — с помощью человеческих экскрементов. Целью миссий НАСА «Артемида» является создание постоянного присутствия человека на Луне в 2030-х годах. Однако для достижения устойчивого и доступного присутствия на лунной поверхности потребуется производство продуктов питания на месте, чтобы снизить затраты на пополнение запасов и повысить вероятность успеха миссии. Сельское хозяйство на основе реголита было предложено в качестве метода выращивания сельскохозяйственных культур на месте. Однако необходимо проверить пригодность лунного реголита в качестве субстрата для обеспечения достаточного производства и безопасности продуктов питания. Поскольку настоящий лунный реголит недоступен для крупномасштабных исследований растений, для экспериментов обычно используются имитаторы лунного реголита (LRS).

Лунный реголит делится на две категории: лунные моря и лунные высокогорья. Основной компонент лунного реголита — базальт, образованный лавовыми потоками во время вулканически активной фазы, тогда как геологически более древние, заполненные кратерами лунные высокогорья состоят преимущественно из железистого анортозита. Наиболее уникальной особенностью лунного реголита по сравнению с земными грунтами и лунными реголитами является наличие агглютинатов — агрегатных частиц, образованных ударами микрометеоритов и состоящих из нанофазного железа, минеральных фрагментов и стекла. Хотя лунные реголиты часто содержат вулканическое стекло, агглютинаты сложнее производить, и они часто отсутствуют в лунных реголитах. Несмотря на отсутствие азота, лунный реголит и его имитации содержат микроэлементы, такие как фосфор, калий, магний, железо, марганец и кальций. Хотя эти питательные вещества могут казаться обильными, следует отметить, что биодоступность некоторых из них, например фосфора, зависит от pH и наличия других элементов.

Картофель (Solanum tuberosum) является идеальным кандидатом для выращивания в космосе, поскольку он высокоурожайный, размножается клонально, богат калориями и фитонутриентами, а также имеет высокий индекс насыщения. Картофель также является хорошим модельным организмом для растений, образующих подземные клубни. Он имеет богатую историю доступных генетических ресурсов в виде образцов зародышевой плазмы, секвенированного генома и открытого доступа ко многим крупномасштабным омиксным наборам данных для проведения сравнительных исследований. Ранние эксперименты с лунными образцами, возвращенными с миссий эпохи «Аполлона», подвергали саженцы картофеля, среди прочих растений, воздействию суспензий лунного реголита, при этом не было отмечено никакого влияния на развитие растений. Совсем недавно у Arabidopsis thaliana, выращенной в лунном реголите, возвращенном с трех площадок «Аполлона», наблюдались замедленные корни и замедленный надземный рост по сравнению с LRS, и каждый реголит вызывал уникальные общие изменения экспрессии генов. Однако растения демонстрировали замедленный рост и остановку вегетативных стадий, активацию путей стрессового ответа и негативное воздействие на активность теломеразы, а также укорочение теломер. Сообщалось о негативном влиянии на урожайность клубней картофеля при выращивании в имитаторе марсианского реголита, но влияние LRS на рост и урожайность картофеля еще не установлено.

Здесь мы представляем результаты двух экспериментов в теплице, проведенных на сорте картофеля «Modoc». В первом эксперименте мы исследовали рост картофеля на LRS, обогащенном различными процентами органического вещества. Это позволило нам найти соотношение LRS/компост, которое обеспечивает достаточный рост растений для анализа фенотипических признаков роста, физиологии и метаболизма, но также является субоптимальным для исследования стрессового ответа на LRS. Данные были использованы для разработки нашего второго эксперимента. Во втором эксперименте мы оценили влияние различных типов LRS, смешанных с компостом, на рост, физиологию, профиль метаболитов листьев и клубней, а также экспрессию генов листьев. Насколько нам известно, это первое сообщение о реакции картофеля на LRS у полностью выросших растений.

Результаты
Рост в LRS отрицательно повлиял на размер растений картофеля и урожайность клубней. Хотя степень воздействия различалась между имитаторами, все растения, выращенные в условиях LRS, статистически значимо уступали по высоте растениям, выращенным в контрольной почве. Дальнейшие эксперименты с имитатором лунного моря 1E (LMS-1E) показали, что эти эффекты можно смягчить добавлением вермикомпоста, органического компонента, при этом соотношение LMS-1E к компосту 70:30 (объем/объем) практически не отличалось от контрольных значений. Изменения в профилях экспрессии генов также различались между имитаторами: гены, связанные с фотосинтезом, реакциями на биотические и абиотические стрессы, сигнальными процессами, а также метаболизмом терпенов и флавоноидов, были изменены в большинстве случаев. Несмотря на наблюдаемые различия в транскрипции, существенных изменений в профилях метаболитов не наблюдалось.

Выводы
На основании этих наблюдений мы заключаем, что лунные реголиты явно оказывают стрессовое воздействие на картофельные растения, учитывая снижение общей и съедобной биомассы, а также изменения в экспрессии генов, связанных с реакцией на стресс. Однако существенных изменений в метаболических профилях листьев или клубней обнаружено не было, что указывает на то, что рост в лунных реголитах не повлиял на питание. Наконец, добавление вермикомпоста к LMS-1E улучшает рост картофеля. Это подчеркивает возможность восстановления лунного реголита путем добавления биоматериала, что сулит хорошие перспективы для последующих поколений растений в лунном реголите, поскольку биоматериал накапливается в течение первых поколений, хотя недостаток органического вещества представляет проблему на ранних этапах развития биорегенеративной системы жизнеобеспечения.

25.03.2026

Комментарий:

Шнобелевская премия 2017 анатомия

Премия по анатомии досталась Джеймсу Хиткоту из Англии. Он напечатал статью - Почему у стариков большие уши? Измерив уши 200 человек в возрасте от 30 до 93 лет специалист убедительно доказал, что с годами уши продолжают расти в среднем на 0,2 мм в год
подробнее

Шнобелевская премия - 1993 - психология

В области психологии премию получили Дж. Мэк из Гарвардского медицинского института и Д. Джекобс из университета Темпла, за научно обоснованный вывод о том, что люди, уверенные в том, что их похищали космические прищельцы, вероятно таки и были похищены
подробнее

Источник - пресса

Шнобель Процедура Пресса Анналы Архив Статьи Шнобелист