ปลูกพืชในดินฝุ่นดวงจันทร์สำเร็จเป็นครั้งแรก

 

นักบินอวกาศอพอลโล 17 Harrison Schmitt เก็บตัวอย่างจากดวงจันทร์ในระหว่างปฏิบัติการภารกิจเดือนธันวาคม 1972 ชุดของเขาก็เปื้อนดินฝุ่นดวงจันทร์ด้วย image credit: NASA 

   ในช่วงต้นๆ ของยุคอวกาศ นักบินอวกาศอพอลโลมีส่วนร่วมในการวางแผนระยะยาว เมื่อนำตัวอย่างวัสดุสารดินฝุ่นบนพื้นผิวดวงจันทร์ที่เรียกว่า รีโกไลธ์(regolith) กลับมาที่โลก ซึ่งจะถูกศึกษาด้วยเครื่องมือที่ละเอียดอ่อนและเก็บรักษาไว้ในงานวิจัยในอนาคตที่ไม่เคยจินตนาการถึง และในอีกห้าสิบปีต่อมา ในช่วงอรุณรุ่งแห่งยุคอาร์เทมิส(Artemis) และนักบินอวกาศที่จะกลับไปดวงจันทร์อีกครั้ง มีการใช้ตัวอย่างรีโกไลธ์จากอพอลโล่ 3 ตัวอย่างเพื่อปลูกพืช เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยประสบความสำเร็จในการปลูกพืชชนิดที่ทนทานและถูกศึกษาเป็นอย่างดี เธลเครส(thale cress; Arabidopsis thaliana) ในรีโกไลธ์ดวงจันทร์ที่ขาดแคลนสารอาหาร

     งานวิจัยนี้มีความจำเป็นอย่างยิ่งยวดต่อเป้าหมายการสำรวจโดยมนุษย์ในระยะยาวของนาซา เมื่อเราต้องใช้ทรัพยากรที่พบบนดวงจันทร์และดาวอังคารเพื่อสร้างแหล่งอาหารสำหรับนักบินอวกาศในอนาคตได้อยู่อาศัยและทำงานในอวกาศห้วงลึก Bill Nelson ผู้บริหารนาซา กล่าว งานวิจัยการเจริญพืชพื้นฐานนี้ยังเป็นตัวอย่างสำคัญว่านาซากำลังทำอะไรเพื่อสร้างนวัตกรรมทางการเกษตร ซึ่งอาจจะช่วยเราให้เข้าใจว่าพืชพันธุ์อาจจะเอาชนะสภาวะที่แล้งแค้นในพื้นที่ที่ขาดแคลนอาหารบนโลกได้อย่างไร

     นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยฟลอริดา ได้ทำการค้นพบครั้งประวัติศาสตร์ ซึ่งใช้ความพยายามหลายสิบปีในการสร้างซึ่งทั้งช่วยเหลือการสำรวจอวกาศและเป็นประโยชน์ต่อมวลมนุษยชาติ Robert Ferl ศาสตราจารย์ที่แผนกวิทยาศาสตร์พืชสวน มหาวิทยาลัยฟลอริดา เกนส์วิลล์ และผู้เขียนรายงานที่เผยแพร่ในวารสาร Communications Biology วันที่ 12 พฤษภาคม กล่าวว่า ตอนนี้ในอีก 50 ปีต่อมา ก็เป็นการเสร็จสิ้นการทดลองที่เริ่มต้นมาตั้งแต่แล๊ปอพอลโล ตอนแรกเราตั้งคำถามว่าพืชจะสามารถเจริญในรีโกไลธ์ได้หรือไม่ และอย่างที่สอง แล้ววันหนึ่งมันจะช่วยมนุษยชาติให้อยู่ในยาวนานบนดวงจันทร์ ได้อย่างไร

Rob Ferl(ซ้าย) และ Anna-Lisa Paul จ้องแผ่นที่มีดินดวงจันทร์ส่วนหนึ่ง กับดินชุดควบคุมอีกส่วนหนึ่ง ซึ่งอยู่ใต้แสงแอลอีดี ในเวลานั้น นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบว่าเมล็ดพันธุ์จะเจริญในดินดวงจันทร์หรือไม่ 

     ปริมาณรีโกไลธ์ดวงจันทร์ที่นำกลับมาโลกนั้นมีค่อนข้างน้อย Ferl และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยฟลอริดา ใช้ความพยายามสามครั้งตลอด 11 ปี และสุดท้ายก็ได้ขอยืมรีโกไลธ์ดวงจันทร์มา 12 กรัม

     คำตอบสำหรับคำถามแรกก็คือใช่ พืชสามารถเจริญได้ในรีโกไลธ์ดวงจันทร์ มันไม่ได้เจริญงอกงามเหมือนกับพืชเจริญในดินบนโลก หรือแม้กระทั่งเท่ากับการเจริญในดินดวงจันทร์จำลองที่ทำมาจากเถ้าภูเขาไฟ แต่พวกมันก็เจริญเติบโตจริงๆ และด้วยการศึกษาว่าพืชตอบสนองในตัวอย่างดินดวงจันทร์อย่างไร ทีมก็หวังว่าจะเดินทางไปถึงคำตอบของคำถามที่สองได้เช่นกัน โดยการแผ้วถางหนทางให้กับนักบินอวกาศในอนาคต เพื่อที่วันหนึ่งข้างหน้าจะสามารถปลูกพืชที่อุดมด้วยสารอาหารมากกว่านี้บนดวงจันทร์ และมีชีวิตรอดในห้วงอวกาศได้

     เพื่อที่จะสำรวจให้ไกลขึ้นและเพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับระบบสุริยะที่เราอาศัยอยู่ เราต้องใช้ประโยชน์จากสิ่งที่มีบนดวงจันทร์ เพื่อที่เราจะได้ไม่ต้องขนทั้งหมดไปกับเราด้วย Jacob Bleacher หัวหน้านักวิทยาศาสตร์สำรวจที่สนับสนุนโครงการอาร์ทีมิสของนาซา ที่สำนักงานใหญ่นาซา ในวอชิงตัน กล่าว เขาชี้ว่านี่ยังเป็นเหตุผลที่นาซากำลังส่งปฏิบัติการหุ่นยนต์ไปที่ขั้วใต้ของดวงจันทร์ ซึ่งเชื่อว่าอาจจะมีน้ำที่นักบินอวกาศในอนาคตจะสามารถใช้ได้ ยิ่งกว่านั้น การปลูกพืชก็เป็นสิ่งที่เราจะศึกษาเมื่อเราเดินทาง ดังนั้น การศึกษาเหล่านี้บนพื้นโลกจะปูเส้นทางเพื่อขยายงานวิจัยจากมนุษย์บนดวงจันทร์คนถัดไป

Arabidopsis thaliana

     Arabidopsis thaliana ซึ่งเป็นพืชท้องถิ่นที่พบบนทวีปยูเรเชียและอาฟริกานั้นเป็นญาติกับผักกาดเขียวปลี(mustard green) และพืชตระกูลกะหล่ำ(cruciferous vegetables) อย่าง บรอคโคลี, กะหล่ำดอก และกะหล่ำดาว(Brussels sprouts) มันยังมีบทบาทสำคัญสำหรับนักวิทยาศาสตร์ อันเนื่องมาจากขนาดที่เล็กและโตง่าย จึงเป็นพืชชนิดหนึ่งที่ถูกศึกษามากที่สุดบนโลก ใช้เป็นตัวอย่างสิ่งมีชีวิตสำหรับงานวิจัยในทุกแขนงของพฤกษศาสตร์ ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงทราบดีว่าจีนส์ของมันมีสภาพอย่างไร, มันมีพฤติกรรมอย่างไรในสถานการณ์ต่างๆ แม้แต่กระทั่งมันเจริญเติบโตในอวกาศอย่างไร

     เพื่อที่จะปลูกเธลเครส ทีมใช้ตัวอย่างที่รวบรวมจากปฏิบัติการอพอลโล 11, 12 และ 17 โดยใช้รีโกไลธ์เพียงหนึ่งกรัมต่อพืช 1 ต้น ทีมเติมน้ำและจากนั้นก็เพาะเมล็ดพันธุ์ในตัวอย่าง จากนั้น ทีมก็เอาถาดไว้ในกล่องในห้องปลอดเชื้อ แล้วเติมสารอาหารให้ทุกวัน หลังจากนั้นสองวัน พวกมันก็เริ่มงอก Anna-Lisa Paul ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์พืชสวนที่มหาวิทยาลัยฟลอริดา และเป็นผู้เขียนคนแรกในรายงาน กล่าว ทุกอย่างงอก ฉันบอกไม่ได้เลยว่าทึ่งแค่ไหน พืชทุกต้น ไม่ว่าจะอยู่ในตัวอย่างจากดวงจันทร์ หรือในชุดควบคุม ดูเหมือนกันหมดจนกระทั่งวันที่หก

     อย่างไรก็ตาม หลังจากวันที่หก ก็ชัดเจนว่าพืชไม่ได้เจริญงอกงามเหมือนกับพืชกลุ่มควบคุมที่ปลูกในดินภูเขาไฟ และพืชก็เจริญแตกต่างกันขึ้นอยู่กับว่าตัวอย่างที่ใช้ปลูกเป็นอะไร พืชจะเจริญช้ากว่าและมีรากสั้นๆ นอกจากนี้ บางส่วนก็มีใบเหลือง(stunted leaves) และสังเกตเห็นรงควัตถุสีแดง เธลเครสที่ปลูกในรีโกไลธ์เกือบทั้งหมดมีลักษณะแกร็น

Anna-Lisa Paul พยายามใช้ปิเปตให้ความชุ่มชื้นกับดินดวงจันทร์ นักวิทยาศาสตร์คิดว่าดินผลักน้ำ(hydrophobic) ทำให้น้ำเกาะเป็นหยดบนพื้นผิว จึงต้องคนดินกับน้ำ เพื่อทำให้สภาพการผลักน้ำ และให้ดินชุ่มชื้นโดยทั่วถึง เมื่อดินชุ่มแล้วก็จะใช้การเคลื่อนที่ของของเหลวในท่อขนาดเล็กจิ๋ว(capillary action) เพื่อให้น้ำเพื่อปลูกพืชต่อไป 

    หลังจากผ่านไป 20 วันก่อนที่เธลเครสจะเริ่มออกดอก ทีมก็ตัดมัน แล้วบด และศึกษาอาร์เอ็นเอ ในระบบทางชีววิทยา มีการถอดรหัสจีนส์ในหลายขั้นตอน อย่างแรก จีนส์หรือดีเอ็นเอ จะถอดรหัสเป็นอาร์เอ็นเอ จากนั้น อาร์เอ็นเอก็จะถูกแปลออกมาเป็นลำดับของโปรตีน โปรตีนเหล่านี้มีส่วนร่วมในกระบวนการทางชีววิทยามากมายในสิ่งมีชีวิตที่ยังมีชีวิตอยู่ การลำดับอาร์เอ็นเอเผยให้เห็นรูปแบบของจีนส์ที่แสดงออก ซึ่งแสดงว่าพืชอยู่ในสภาพเครียด และปฏิสัมพันธ์ในแบบที่นักวิจัยเคยเห็นเธลเครสเจริญในสภาพแวดล้อมที่ทารุณอื่นๆ เช่น เมื่อดินมีเกลือหรือโลหะหนักมากเกินไป

     นอกจากนี้ เธลเครสยังแสดงออกแตกต่างไปขึ้นอยู่กับว่าตัวอย่างที่ใช้ ซึ่งแต่ละตัวอย่างเก็บจากพื้นที่ที่ต่างกันบนดวงจันทร์ เธลเครสที่ปลูกในตัวอย่างจากอพอลโล 11 ไม่ได้เจริญดีเหมือนกับอีกสองชุด กระทั่งมีหลุมหนึ่งที่ตายในที่สุด แต่อย่างไรซะ เธลเครสก็ยังโตได้

     นักวิจัยคิดว่ายิ่งดินดวงจันทร์ต้องอาบรังสีในอวกาศและลมสุริยะบนดวงจันทร์นานแค่ไหน พืชก็ยิ่งโตไม่ดีขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างของอพอลโล 11 ซึ่งเก็บจากพื้นผิวของ Sea of Transquility ซึ่งมีความเก่าแก่กว่าหลายพันล้านปี พืชก็ยิ่งเจริญไม่ดีที่สุด รีโกไลธ์ดวงจันทร์นั้นเต็มไปด้วยชิ้นส่วนแก้วขนาดจิ๋วจากการชนของอุกกาบาตจิ๋ว(micrometeorite) ที่ปรากฏอยู่ทั่วทุกพื้นที่ลงจอดของอพอลโล และยังเปื้อนบนชุดอวกาศของนักบินที่ออกไปย่ำดวงจันทร์ด้วย 

ต้น Arabidopsis หกวันหลังจากที่เพาะเมล็ด สี่หลุมแรกทางซ้ายเป็นต้นที่เจริญในดินดวงจันทร์จำลอง JSC-1A อีกสามหลุมทางขวาเป็นต้นที่โตในดินดวงจันทร์ที่รวบรวมในปฏิบัติการอพอลโล 11, 12 และ 17 

     งานวิจัยนี้จึงเปิดประตูบานใหม่ไม่เพียงแต่สู่อนาคตที่วันหนึ่งจะปลูกพืชในที่อาศัยบนดวงจันทร์ แต่ยังมีคำถามเพิ่มเติมอีกมากมายตามมา ความเข้าใจว่าจีนส์ในพืชอันใดที่ต้องปรับเพื่อให้เจริญในรีโกไลธ์จะช่วยเราให้เข้าใจธรรมชาติที่เคร่งเครียดของดินดวงจันทร์ได้หรือไม่? วัสดุสารจากพื้นที่ต่างกันบนดวงจันทร์จะเหมาะแก่การปลูกพืชมากกว่าพื้นที่อื่นจริงหรือไม่? แล้วการศึกษารีโกไลธ์ดวงจันทร์ช่วยเราให้เข้าใจเกี่ยวกับรีโกไลธ์ดาวอังคารได้หรือไม่ จะอาจจะช่วยปลูกพืชในวัสดุสารเหล่านั้นได้ดีหรือ คำถามทั้งหมดเหล่านี้ที่ทีมหวังจะศึกษาต่อไป เพื่อที่จะสนับสนุนนักบินอวกาศในอนาคตที่จะเดินทางไปดวงจันทร์

     ไม่เพียงแต่เป็นเรื่องน่ายินดีที่มีพืชพันธุ์อยู่รอบๆ เรา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเราเดินทางไปยังเป้าหมายใหม่ๆ ในอวกาศ แต่พวกมันยังเป็นแหล่งอาหารที่สำคัญและช่วยในการสำรวจของมนุษยชาติในอนาคต Sharmila Bhattacharya นักวิทยาศาสตร์โครงการ ที่แผนกวิทยาศาสตร์ทางชีววิทยาและกายภาพ(BPS) ของนาซา กล่าว พืชพันธุ์เป็นสิ่งที่ช่วยให้เราเป็นนักสำรวจได้ ความจริงที่ว่าไม่ว่าตรงไหนพืชก็โตหมายความว่าเรามีจุดเริ่มต้นที่ดี และขณะนี้คำถามก็คือเราจะปรับแต่งให้เหมาะสมอย่างไร

พืชที่ปลูกในดินดวงจันทร์สามชุด และดินดวงจันทร์จำลองอีกหนึ่งชุด

     งานวิจัยนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ ANGSA(Apollo Next Generation Sample Analysis) ซึ่งเป็นความพยายามที่จะศึกษาตัวอย่างที่อพอลโลนำกลับมาโลก เพื่อเตรียมให้กับปฏิบัติการอาร์ทีมิสที่จะไปขั้วใต้ดวงจันทร์

แหล่งข่าว scitechdaily.com : for the first time ever, scientists grow plants in lunar soil
                phys.org : scientists grow plants in lunar dirt, next stop moon
                sciencealert.com : for the first time, scientists have grown plants in Moon dirt. It didn’t go great