ในยุคแรก ๆ ของยุคอวกาศ นักบินอวกาศของโครงการ Apollo นำตัวอย่างพื้นผิวดวงจันทร์ที่เรียกว่า “เรโกลิธ” (Regolith) ซึ่งเป็นผงฝุ่นและหินแตกจากสะเก็ดดาวที่พุ่งชนดวงจันทร์จนกลายเป็น “ดิน” บนพื้นผิว กลับมายังโลกเพื่อศึกษาพวกมันด้วยอุปกรณ์ล้ำสมัยและเก็บรักษาพวกมันเอาไว้สำหรับการวิจัยในอนาคต เพราะในเวลานั้นเทคโนโลยียังก้าวไปไม่ถึง
ห้าสิบปีต่อมา ในยุคบุกเบิกของโครงการ Artemis นักบินอวกาศรุ่นใหม่กำลังจะกลับมายังดวงจันทร์ ขณะเดียวกันตัวอย่างสามตัวอย่างพื้นผิวดวงจันทร์ถูกใช้เพื่อปลูกพืชจนประสบความสำเร็จ เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยได้ปลูกต้นเทลเครส (Arabidopsis thaliana) ที่มักเติบโตในพื้นที่กันดาร ในดินจากดวงจันทร์ที่มีสารอาหารต่ำได้เป็นผลสำเร็จ
นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยฟลอริดาประสบความสำเร็จครั้งยิ่งใหญ่ ซึ่งใช้เวลาหลายสิบปีในการพัฒนา และอาจช่วยให้สามารถสำรวจอวกาศและเป็นประโยชน์ต่อมนุษยชาติได้
“ณ ที่นี้ 50 ปีต่อมา เราเสร็จสิ้นการทดลองที่เริ่มต้นในห้องปฏิบัติการ Apollo แล้ว” โรเบิร์ท เฟิร์ล ศาสตราจารย์ในภาควิชาวิทยาพืชกรรมสวนที่มหาวิทยาลัยฟลอริดา ที่เกนส์วิลล์ กล่าว “ก่อนอื่นเราถามคำถามว่า พืชสามารถเติบโตในเรโกลิธได้หรือไม่ และอย่างที่สอง เมื่อถึงวันนั้นมันจะช่วยให้มนุษย์อยู่บนดวงจันทร์ได้นานขึ้นได้อย่างไร”
คำตอบสำหรับคำถามแรกคือ “เป็นไปได้” พืชสามารถเติบโตได้ในเรโกลิธของดวงจันทร์ได้ พวกมันไม่แข็งแรงเท่ากับพืชที่ปลูกในดินบนโลก หรือแม้แต่ในกลุ่มควบคุมที่ปลูกในรูปจำลองของดวงจันทร์ที่ทำจากเถ้าภูเขาไฟ แต่ก็เติบโตได้จริง ๆ
และด้วยการศึกษาว่า พืชตอบสนองอย่างไรในตัวอย่างดวงจันทร์ ทีมงานหวังว่าจะตอบคำถามที่สองต่อไปเช่นกัน เพื่อปูทางให้นักบินอวกาศในอนาคตได้ปลูกพืชที่อุดมด้วยสารอาหารบนดวงจันทร์สักวันหนึ่งและเจริญเติบโตในห้วงอวกาศ
Arabidopsis thaliana มีถิ่นกำเนิดในยูเรเซียและแอฟริกา เป็นญาติของผักกาดเขียวและผักตระกูลกะหล่ำอื่น ๆ เช่น บร็อคโคลี่ กะหล่ำดอก และกะหล่ำดาว พืชชนิดนี้ยังมีบทบาทสำคัญสำหรับนักวิทยาศาสตร์ เนื่องจากมีขนาดเล็กและเจริญเติบโตได้ง่าย จึงเป็นหนึ่งในพืชที่มีการศึกษามากที่สุดในโลก ซึ่งใช้เป็นแบบจำลองสิ่งมีชีวิตสำหรับการวิจัยในทุกพื้นที่ของชีววิทยาพืช นักวิทยาศาสตร์รู้อยู่แล้วว่า ยีนของมันมีลักษณะอย่างไร มีพฤติกรรมอย่างไรในสถานการณ์ที่ต่างกัน แม้กระทั่งการเติบโตของยีนในอวกาศ
ในการปลูก Arabidopsis ทีมงานได้ใช้ตัวอย่างที่รวบรวมได้จากภารกิจยาน Apollo 11, 12 และ 17 โดยมีเพียง 1 กรัมของเรโกลิธที่จัดสรรให้กับโรงพืชแต่ละต้น ทีมงานเติมน้ำและเมล็ดลงในตัวอย่าง จากนั้นจึงนำถาดใส่ลงในกล่องสำหรับขวดโหลในห้องปลอดเชื้อ โดยมีสารละลายธาตุอาหารถูกเติมทุกวัน
“สองวันผ่านไป พวกมันก็เริ่มแตกหน่อ!” แอนนา-ลิซา พอล ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ด้านพืชสวนที่มหาวิทยาลัยฟลอริดาด้วย และเป็นผู้เขียนคนแรกของรายงานการวิจัยกล่าว “ทุกตัวอย่างแตกหน่อ ฉันไม่สามารถบอกคุณได้ว่าเราประหลาดใจแค่ไหน! พืชทุกต้นไม่ว่าจะอยู่ในตัวอย่างดวงจันทร์หรือในกลุ่มควบคุม ดูเหมือนกันจนถึงวันที่หก”
อย่างไรก็ตาม หลังจากวันที่หก เป็นที่แน่ชัดว่าพืชไม่แข็งแรงเท่ากับพืชกลุ่มควบคุมที่เติบโตในเถ้าภูเขาไฟ และพืชก็เติบโตแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของตัวอย่าง พืชเติบโตช้ากว่าและมีลักษณะแคระแกร็น รากไม่ขยายตัว นอกจากนี้ บางต้นก็มีใบลักษณะแคระแกร็นและมีสีแดงคล้ำ
ผ่านไป 20 วัน ก่อนที่ต้นไม้จะเริ่มออกดอก ทีมงานได้เก็บเกี่ยวพืช ทำการบด และศึกษาอาร์เอ็นเอ ในระบบชีวภาพ ยีนจะถูกถอดรหัสในหลายขั้นตอน อย่างแรก ยีนหรือ DNA ถูกแปลงเป็นอาร์เอ็นเอ จากนั้น RNA จะถูกแปลเป็นลำดับโปรตีน โปรตีนเหล่านี้มีหน้าที่ในการดำเนินกระบวนการทางชีววิทยาหลายอย่างในสิ่งมีชีวิต
การจัดลำดับ RNA เผยให้เห็นรูปแบบของยีนที่แสดงออกมา ซึ่งแสดงให้เห็นว่าพืชอยู่ภายใต้ความเครียดจริง ๆ และได้ตอบสนองในแบบที่พวกมันตอบสนองต่อการเจริญเติบโตในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงอื่น ๆ เช่น เมื่อดินมีเกลือหรือโลหะหนักมากเกินไป
นอกจากนี้ พืชยังมีปฏิกิริยาต่างกันไปขึ้นอยู่กับตัวอย่าง ซึ่งแต่ละตัวอย่างเก็บมาจากพื้นที่ต่าง ๆ บนดวงจันทร์ ถูกนำมาใช้ พืชที่ปลูกในตัวอย่างจากโครงการ Apollo 11 นั้นไม่แข็งแรงเท่ากับอีกสองชุด กระนั้นก็ตามพืชก็เติบโตขึ้นมาได้
งานวิจัยชิ้นนี้ไม่เพียงแต่เปิดประตูสู่การปลูกพืชในแหล่งที่อยู่อาศัยบนดวงจันทร์ในสักวันหนึ่งเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคำถามเพิ่มเติมอีกมากมาย การทำความเข้าใจว่ายีนใดที่พืชจำเป็นต้องปรับให้เข้ากับการเจริญเติบโตในเรโกลิธช่วยให้เราเข้าใจวิธีลดธรรมชาติที่ตึงเครียดของดินบนดวงจันทร์ได้
รวมถึงคำถามที่ว่า วัตถุจากพื้นที่ต่าง ๆ ของดวงจันทร์เอื้อต่อการปลูกพืชมากกว่าวัสดุอื่น ๆ หรือไม่? การศึกษาดวงจันทร์เรโกลิธช่วยให้เราเข้าใจมากขึ้นเกี่ยวกับเรโกลิธของดาวอังคารและคำถามที่ว่าอาจจะปลูกพืชด้วยดินพื้นผิวดาวอังคารได้ด้วยหรือไม่? ทั้งหมดนี้เป็นคำถามที่ทีมหวังว่าจะศึกษาต่อไปเพื่อสนับสนุนนักบินอวกาศในอนาคตที่เดินทางไปยังดวงจันทร์
“ไม่เพียงแต่เป็นเรื่องน่ายินดีสำหรับเราที่มีพืชอยู่รอบ ๆ ตัวเรา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเราเดินทางไปยังจุดหมายปลายทางใหม่ ๆ ในอวกาศ แต่พวกมันสามารถให้สารอาหารเสริมแก่อาหารของเราและเปิดใช้งานการสำรวจของมนุษย์ในอนาคต” ศรรมิลา ภัตฏาจารยะ นักวิทยาศาสตร์โครงการกับแผนกวิทยาศาสตร์ชีวภาพและกายภาพ (BPS) ของ NASA กล่าว “พืชเป็นสิ่งที่ทำให้เราเป็นนักสำรวจได้”
“งานวิจัยชิ้นนี้มีความสำคัญต่อเป้าหมายการสำรวจมนุษย์ในระยะยาวของ NASA เนื่องจากเราจะต้องใช้ทรัพยากรที่พบในดวงจันทร์และดาวอังคารเพื่อพัฒนาแหล่งอาหารสำหรับนักบินอวกาศในอนาคตที่อาศัยและปฏิบัติการในห้วงอวกาศ” บิล เนลสัน ผู้ดูแลระบบของ NASA กล่าว “การวิจัยการเจริญเติบโตของพืชขั้นพื้นฐานนี้เป็นตัวอย่างที่สำคัญของวิธีที่ NASA ทำงานเพื่อปลดล็อกนวัตกรรมทางการเกษตร ซึ่งจะช่วยให้เราเข้าใจว่าพืชสามารถเอาชนะสภาวะกดดันในพื้นที่ที่ขาดแคลนอาหารบนโลกได้อย่างไร”
• เนื้อหาเรียบเรียงจาก “Scientists Grow Plants in Lunar Soil”. (May 12, 2022). NASA.
• ภาพจาก Credits: UF/IFAS photo by Tyler Jones