Wie zich ooit heeft afgevraagd of het mogelijk zou zijn planten te laten groeien in grond van de maan, heeft nu het antwoord. Het kan, zo blijkt uit een nieuwe studie waarin zandraket, een in experimenten veel gebruikt plantje, gezaaid werd in maanbodem en water, voedingstoffen en licht kreeg. Makkelijk is het echter niet want de plantjes bleken veel tekenen van stress te vertonen.

Bijna het hele oppervlak van de maan is bedekt met een flinke laag fijn, los en vaak verweerd materiaal, dat (maan)regoliet wordt genoemd. Die laag is zo'n 4 tot 5 meter diep in de maria, de donkere vulkanische 'zeeën', en wel 10 tot 15 meter dik in de oudere, lichtere hooglanden.  

Dat regoliet verschilt heel erg van de grond op aarde: zo bleek het in eerste instantie hydrofoob - waterafstotend - en bleef water in druppeltjes op het oppervlak liggen. De onderzoekers moesten de maangrond flink omroeren met water om daar verandering in te brengen en de maangrond gelijkmatig nat te krijgen.   

Toch hebben onderzoekers van de University of Florida (UF) nu aangetoond dat planten met succes kunnen ontkiemen en groeien in de maangrond. Ze onderzochten in hun studie ook hoe de planten biologisch reageren op de compleet andere grond. 

Het werk is een eerste stap naar het kweken van planten voor voedsel en zuurstof op de maan of tijdens ruimtemissies.

Het sluit aan op het Artemisprogramma, waarmee de NASA tegen 2025 opnieuw mensen naar de maan wil sturen. "Artemis zal een betere kennis vragen over hoe planten in de ruimte te laten groeien", zei Rob Ferl, een van de auteurs van de studie en professor tuinbouwwetenschappen aan het Institute of Food and Agricultural Sciences (IFAS) van de UF.

Zelfs in het begin van de exploratie van de maan hebben planten een belangrijke rol gespeeld, zei Anna-Lisa Paul, een andere auteur van de studie en onderzoeksprofessor tuinbouwwetenschappen aan het IFAS.

"Planten hebben geholpen om vast te stellen dat de grondstalen die van de maan werden meegebracht, geen ziekteverwekkers of andere onbekende bestanddelen bevatten die het aardse leven schade zouden kunnen berokkenen, maar die planten werden enkel bestrooid met het maanregoliet en werden er niet daadwerkelijk in gekweekt", zei Paul. 

Paul en Ferl zijn internationaal erkende experten op het gebied van de studie van planten in de ruimte. Via het Space Plants Lab van UF hebben ze al experimenten meegestuurd in ruimteveren, naar het International Space Station en op suborbitale vluchten - vluchten die geen volledige baan rond de aarde maken. 

"Voor toekomstige, langere ruimtemissies kunnen we de maan misschien gebruiken als overstappunt of als lanceerbasis. Het zou logisch zijn dat we de grond die daar al is, zouden willen gebruiken om planten in te kweken", zei Ferl. "Dus, wat gebeurt er als je planten kweekt in maanbodem, iets wat volledig buiten de evolutionaire ervaring van een plant ligt? Wat zouden planten doen in een maanserre? Zouden we maanboeren kunnen hebben?"

Om die vragen te beginnen te beantwoorden, ontwierpen Ferl en Paul een bedrieglijk eenvoudig experiment: plant zaadjes in maanbodem, voeg water, voedingsstoffen en licht toe en registreer de resultaten. 

Eén probleem: de onderzoekers hadden slechts 12 gram - enkele theelepeltjes - maanbodem om hun experiment mee uit te voeren. 

Het regoliet was verzameld tijdens de Apollo 11, 12 en 17 missies naar de maan en werd uitgeleend door de NASA. Paul en Ferl hadden in de loop van 11 jaar 3 aanvragen ingediend om te kunnen werken met de maanbodem voor hun geduld uiteindelijk beloond werd. 

De kleine hoeveelheid regoliet betekende dat Paul en Ferl een kleinschalig, zorgvuldig uitgewerkt experiment moesten bedenken. Ze gebruikten kuiltjes zo groot als een vingerhoed in plastic platen die normaal gebruikt worden om cellen in te kweken om hun kleine maantuintje te maken. 

Elke kuiltje deed dienst als 'pot' en nadat ze elk potje gevuld hadden met ongeveer een gram regoliet, bevochtigden ze de grond met een voedseloplossing en voegden ze een paar zaden van de zandraket toe. 

De zandraket (Arabidopsis thaliana) is een eenjarige plant die vaak gebruikt wordt in onderzoek omdat zijn genetische code volledig in kaart gebracht is. Door zandraketten te kweken in de maanbodem, konden de onderzoekers meer inzicht krijgen in welke invloed de grond had op de planten, tot op het niveau van de expressie van de genen. 

De onderzoekers plantten ook zandraket in JSC-1A, een aardse substantie die verondersteld wordt echte maangrond na te bootsen, in nagemaakte Martiaanse grondsoorten en in aardse grondsoorten uit extreme omgevingen. De planten in deze niet-lunaire bodems waren de controlegroep van het experiment. 

Voor het begin van het experiment waren de onderzoekers er niet zeker van of de zaden die geplant waren in het regoliet, zelfs maar zouden ontkiemen. Maar dat deden ze bijna allemaal, na 2 dagen. "We waren verbaasd, dat hadden we niet voorspeld", zei Paul. "Het maakte ons duidelijk dat de maanbodem de hormonen en de signalen die betrokken zijn bij het ontkiemen van planten, niet verstoorde." 

De plantjes in de maandbodem en die uit de controlegroep zagen er hetzelfde uit tot dag 6 na het begin van het experiment, maar daarna begonnen de onderzoekers verschillen te zien. 

Een aantal van de plantjes in het regoliet waren kleiner, hadden minder wortels, groeiden trager en er zat meer variatie in hun grootte dan bij hun tegenhangers uit de controlegroep. 

Dat waren allemaal fysieke tekenen dat de planten bezig waren het hoofd te bieden aan de chemische en structurele opbouw van de maanbodem, zei Paul. Dat werd bevestigd toen de onderzoekers de patronen in de genexpressie - welke genen er actief waren en welke niet - van de planten analyseerden. 

"Op het genetische niveau haalden de planten de instrumenten boven die ze doorgaans gebruiken om om te gaan met factoren die stress veroorzaken, zoals zouten en metalen of oxidatieve stress, dus we kunnen afleiden dat de planten het milieu van de maanbodem ervaren als stressvol", zei Paul. Metalen en erg reactief zuurstof komen niet vaak voor in aardse bodems. 

"Uiteindelijk zouden we de gegevens van de genexpressie willen gebruiken om te zien hoe we de stressrespons kunnen verbeteren tot het niveau waarop planten - en dan vooral landbouwgewassen - in staat zijn te groeien in maanbodem met zeer weinig gevolgen voor hun gezondheid."

Dat onderzoek zou ook kunnen helpen om planten op aarde beter aan te passen aan ongunstige, stressvolle omstandigheden in onvruchtbare gebieden, zo merkte de NASA op. 

Hoe de planten reageren op maanbodem, kan te maken hebben met waar die verzameld werd, volgens Ferl en Paul. 

Zo stelden de onderzoekers bijvoorbeeld vast dat de planten met de meeste tekenen van stress diegene waren die gekweekt waren in wat maangeologen 'mature lunaire bodem' noemen. 

Die mature bodems zijn meer blootgesteld aan kosmische straling, wat hun opbouw verandert. Plantjes die gekweekt werden in relatief gezien minder mature bodem, deden het beter. In dit geval bleken de stalen van Apollo 11 de meest mature bodem te zijn, waarin de plantjes het slechtst groeiden.

Het kweken van planten in maanbodem kan ook de bodem zelf veranderen, zei Stephen Elardo, een hoogleraar geologie aan de UF en de derde auteur van de studie.

"De maan is een erg, erg droge plaats", zei hij. "Hoe zullen mineralen in de maanbodem reageren als er een plant in gekweekt wordt, met het toegevoegde water en de toegevoegde voedingsstoffen? Zal het toevoegen van water de minerale samenstelling meer gastvrij maken voor planten?"

Vervolgstudies zullen zich met deze en andere vragen bezighouden. Momenteel vieren de onderzoekers het feit dat ze de eerste stappen hebben gezet naar het kweken van planten op de maan. 

"We wilden dit experiment uitvoeren omdat we ons al jarenlang deze vraag stelden: zouden planten groeien in maanbodem?", zei Ferl. "Het antwoord, zo blijkt, is ja."

De studie van Paul, Ferl en Elardo is gepubliceerd in Communications Biology. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van de University of Florida. 

Een korte video van de University of Florida over het experiment (Engels).

Schrijf je in op onze dagelijkse nieuwsbrieven

Volg ons op sociale media

Bent u getuige van een nieuwsfeit of hebt u zelf nieuws te melden?

Volg VRT NWS op uw smartphone of tablet via de VRT NWS-app.

Beschikbaar voor iOS en Android.