Coltivate per la prima volta delle piante su suolo lunare (VIDEO)

Lo studio “Plants grown in Apollo lunar regolith present stress-associated transcriptomes that inform prospects for lunar exploration”, pubblicato su Communications Biology da  Anna-Lisa Paul,  Stephen Elardo e  Robert Ferl dell’università della Florida – Gainesville (UF)  ha dimostrato che le piante possono germogliare e crescere con successo sulla regolite, il suolo lunare.

Il team di ricercatori, finanziato dalla NASA, ha anche studiato il modo in cui le piante rispondono biologicamente al suolo lunare, che è radicalmente diverso dal suolo terrestre ed evidenzia che «Questo lavoro è un primo passo verso la coltivazione un giorno di piante per produrre cibo e ossigeno sulla luna o durante le missioni spaziali». I risultati della ricerca arrivano proprio quando il programma Artemis prevede di riportare gli esseri umani sulla luna e Ferl, professore illustre di scienze dell'orticoltura all’Institute of food and agricultural sciences (UF/IFAS), evidenzia che «Artemis richiederà una migliore comprensione di come coltivare piante nello spazio».

La Paul, professoressa di ricerca di scienze dell'orticoltura all’UF/IFAS, ricorda che «Anche nei primi giorni dell'esplorazione lunare, le piante hanno svolto un ruolo importante. 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 erano state solo spolverate con la regolite lunare e non erano mai state davvero coltivate al suo interno».

La Paul e Ferl sono esperti riconosciuti a livello internazionale nello studio delle piante nello spazio; con l'UF Space Plants Lab, hanno inviato esperimenti su navette spaziali, alla Stazione Spaziale Internazionale e su voli suborbitali. Ferl evidenzia che «Per future missioni spaziali più lunghe, potremmo usare la luna come hub o trampolino di lancio. Ha senso che si vorrebbe utilizzare il terreno che è già lì per far crescere le piante. Quindi, cosa succede quando si coltiva 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. C’era un problema: gli scienziati avevano a disposizione solo 12 grammi - solo pochi cucchiaini - di suolo lunare con cui fare questo esperimento. Preso in prestito dalla NASA, questo suolo era stato raccolto durante le missioni Apollo 11, 12 e 17 sulla luna. Per avere la possibilità di lavorare con la regolite lunare, Paul e Ferl ne hanno fatto domanda alla NASA tre volte nel corso di 11 anni 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 progettato. Per far crescere il loro minuscolo giardino lunare, i ricercatori hanno utilizzato vasi delle dimensioni di un ditale su 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 la regolite con una soluzione nutritiva e hanno aggiunto alcuni semi di Arabidopsis, una pianta molto utilizzata nella ricerca sui 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 la regolite influenza le piante, fino al livello di espressione genica.

Come punto di confronto, i ricercatori hanno anche piantato l’Arabidopsis nella JSC-1A, una sostanza terrestre che imita il vero suolo lunare, così come i suoli marziani simulati e i suoli terrestri di ambienti estremi. Le piante coltivate in questi suoli non lunari hanno avuto la funzione di gruppo di controllo dell'esperimento.

I ricercatori non erano per niente sicuri  che i semi piantati nei terreni lunari sarebbero germogliati. Ma lo hanno fatto quasi tutti.

La Paul racconta: «Siamo rimasti stupiti. Non lo avevamo previsto. Questo ci dice che i terreni lunari non hanno interrotto gli ormoni e i segnali coinvolti nella germinazione delle piante».

Ma, 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. «Sono tutti segnali fisici che le piante stavano faticando  per far fronte alla composizione chimica e strutturale del suolo lunare - ha spiegato la Paul – Questo è stato ulteriormente confermato quando abbiamo analizzato i modelli di espressione genica delle piante. A livello genetico, le piante stavano tirando fuori gli strumenti solitamente utilizzati per far fronte a fattori di stress, come sale e metalli o allo stress ossidativo, quindi possiamo dedurre che le piante percepiscono l'ambiente del suolo lunare come stressante. In definitiva, vorremmo utilizzare i dati di espressione genica per cercare di capire 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».

Ferl e Paul, che hanno collaborato allo studio con Elardo, assistente professore di geologia all'UF,  pensano che «Il modo in cui le piante rispondono al suolo lunare può essere collegato al luogo in cui è stato raccolto il suolo». Ad esempio, 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 esposti di più al vento cosmico, che ne altera la composizione. Invece, le piante coltivate in terreni relativamente meno maturi se la sono cavata meglio».

Elardo aggiunge che «Le piante cresciute nei suoli lunari possono anche cambiare i suoli stessi. La Luna è un luogo molto, molto secco. In che modo i minerali nel suolo lunare risponderanno all'avere una pianta cresciuta su di loro, con l'aggiunta di acqua e sostanze nutritive? L'aggiunta di acqua renderà la mineralogia più ospitale per le piante?»

Gli studi di follow-up si baseranno su queste domande e altro ancora. Per ora, gli scienziati festeggiano il fatto di aver mosso i primi passi verso la coltivazione di piante sulla luna e Ferl conclude: «Volevamo fare questo esperimento perché, per anni, ci siamo posti questa domanda: le piante sarebbero cresciute nel suolo lunare? La risposta, abbiamo scoperto, è sì».