研究者たちは数十年前に採取した月の土で微小植物を育てた

アンナ＝リサ・ポール氏は、アポロ時代の宇宙飛行士が採取した月の土壌のサンプルを何年も入手しようと試みてきました。研究計画を何度も修正した後、NASAは2021年についに彼女の要請を認め、数十億年もの間生命の息絶えていた月の土壌で微小植物を栽培する実験を彼女のチームに許可しました。

彼女の努力は報われた。植物は明らかに過酷な異質な環境の中で苦戦していたものの、それでも芽を出したのだ。ポール氏のチームは火曜日、コミュニケーションズ・バイオロジー誌に新たな研究論文を発表し、この実験は月面宇宙飛行士が数十年以内に温室栽培を始め、自給自足できるようになることを示していると主張した。

「2日後、すべての種子が発芽したことに驚きました。驚異的で、息を呑むような出来事でした」と、フロリダ大学の宇宙生物学者兼遺伝学者であるポール氏は語る。「人類史上、そして太陽系史上、まさに最初の種子が月の物質の中で育つのを目の当たりにしたのです」（研究者たちはNASAとは提携していないが、NASAは彼らの研究資金を支援している）。

1960年代から70年代にかけて宇宙飛行士が採取したレゴリスと呼ばれる月の土壌は、扱いが非常に困難です。砂粒は乾燥していて、鋭く、研磨性があり、非常に細かく、地球の植物がこれまで経験したことのないミネラルやイオンを含んでいます。また、月面では植物が生育し、その後枯れて分解したことがないため、有機物は一切含まれていません。地球の土壌に似せるために、実験者たちは栄養分と水を加える必要がありました。（月面には水は存在しますが、入手は困難です。）

ポール氏とチームは、限られた量の本物のレゴリスを最大限に活用した。各サンプルには、静かの海に人類初の月面着陸を果たしたアポロ11号と、その西と北に着陸したアポロ12号および17号のミッションで採取された約1グラム、つまりスプーン一杯分の材料が含まれていた。比較のために、地球上では園芸には適さない火山灰で作られた同量の模擬月面土壌にも種を植えた。彼らは以前、JSC-1A（NASAジョンソン宇宙センターにちなんで命名）と呼ばれるこの模擬土壌を用いて数々の実験を行っており、希釈した栄養溶液（いわば液体肥料）を正確に微調整することができた。

実験装置として、彼らは小さな製氷皿のような48個のウェルを持つプレートに種子を植えました。しかし、ウェルは少数のみにしました。3つには月の土と培養液を、4つにはJSC-1Aと培養液をそれぞれ入れました。より良い統計を得るために、他の3つのプレートでも同じ手順を繰り返しました。その後、プレートを個別の給水トレイに入れたまま、成長ライトの下にある通気性の良いテラリウムボックスに移しました。このボックスは空気の流れを制限していましたが、完全に無菌ではありませんでした。代わりに、有人月面居住地における開放型実験室環境をシミュレートしました。

シロイヌナズナ（Arabidopsis thaliana）として知られるこの小さな植物は、クレソンやブロッコリーと同じ科に属し、野菜作物の良いモデルとなる。また、研究者にとっては、成長が早いという利点がある。月の土壌と対照サンプルの両方で最初に苗が芽生えたとき、それらはまだ種子自体に蓄えられた養分を吸収していた。しかし、1週間ほど経つと違いが現れた。「月のサンプルの苗は成長が遅くなり始め、そのうちのいくつかは深刻なストレス反応を示し始めました。根はより曲がってねじれ、健康そうに見えませんでした。それは彼らにとって困難なことでした」とポールは言う。いくつかの植物は適応したように見えたが、他の植物は葉が節くれ立って色素沈着するなど、ますます病弱に見えた。

月の土壌で育った植物は、火山灰で育った植物と比べて、広い葉が生えるまでに時間がかかり、サイズも小さく、中には著しく発育が遅れているものもありました。レゴリスに植えられた植物の中では、アポロ12号と17号のミッションで採取されたサンプルで育った植物が最もよく育ちました。

その後、ポール氏とチームはすべての植物の遺伝子検査を行い、植物が環境に適応するためにどのような代謝ツールを用いているのかを解明しました。その結果、一見健康そうに見える苗でさえ、ストレスを示す遺伝子活性（遺伝子のオンオフ状態）が見られました。この活性は、金属や塩分が過剰に含まれる土壌に生息する植物の活性に匹敵するとポール氏は言います。「いわば、植物は自らを健康にしようと懸命に働いていたのです。」

それでも、研究者たちは月面園芸の未来に楽観的な見通しを抱いている。特に、実際のレゴリスで育てられた植物は、次世代の土壌を改善することになるからだ。「私は前向きに捉えています。一部の植物がストレスを感じ、生育に失敗したという事実は、全く心配していません。地球上の私たちは、ますます塩分が多く乾燥した環境で植物を育てる方法について、豊富な経験を積んでいます。月の土壌で植物を育てる方法もいずれ習得できると確信しています」と、ポール氏の同僚であり、論文の共著者でもあるロバート・ファール氏は語る。

NASAは1960年代と70年代の月面着陸ミッションの後、月の物質を持ち帰る実験をいくつか行いました。しかし、それらはポール氏とフェル氏が試みたものとは全く異なっていました。「少量のレゴリス物質を植物に接触させましたが、データは大きな悪影響がないことを示しました」と、NASAの宇宙バイオニクス主任科学者であるシャーミラ・バッタチャリア氏は述べています。しかし、ポール氏とフェル氏の新たな研究はより野心的です。「これは、レゴリスの中で、もちろん補助物質を加えて、実際に植物を育てるというユニークな実験です。初めての試みであり、だからこそ私たちは非常に興奮しています」とバッタチャリア氏は言います。

現在、NASAは科学者と共有できるレゴリスをほとんど残していませんが、優先度の高い研究のために徐々に提供してきました。NASAは最近、1972年に採取された最後のサンプルの一つを開封し、アポロ17号着陸地点のレゴリスを調査しました。アポロの後継となる新たなアルテミス計画は現在、本格化しており、数年後には宇宙飛行士が再び月面に降り立つ予定であることから、NASAは今後さらに多くのサンプルが採取されると予想しています。

惑星外で食料を栽培する方法を学ぶことは、おそらく重要になるでしょう。宇宙に輸送される食料は1グラムでも宇宙船のスペースを占め、コストと燃料の必要量を増加させるからです。さらに、宇宙ステーションや月面居住地のような人里離れた孤立した環境では、たとえ大量の食料を供給できなくても、少しの緑が乗組員の精神衛生に大きく貢献する可能性があります。「植物の感触や感触を味わうことは、心理的なメリットをもたらす可能性があります」とバッタチャリヤ氏は言います。

これらの理由から、宇宙飛行士や研究者たちはすでに国際宇宙ステーション（ISS）で食料を栽培する様々な方法を試験的に始めています。ポール氏とフェル氏の研究は、宇宙農業への重要な一歩となる可能性があります。「この研究は2つの点で素晴​​らしいものです。アポロ計画で実際に使用されたサンプルを使用していることと、最新の生物学ツールを適用していることです」と、コロラド鉱山大学の地質学者で宇宙資源研究者のケビン・キャノン氏は述べています。キャノン氏はこの論文には関わっていません。しかし、土壌を使わずに植物や野菜を栽培する他の方法、例えば水耕栽培、空中栽培、あるいは反応炉での細胞培養などの方が、ISSや月面ミッションではより効率的である可能性があるとキャノン氏は指摘します。

一方、火星への旅には長い旅と長期間の滞在が必要になる。そして、火星は地球から遠く離れているため、食料の輸送はさらに困難になるだろう。そのため、火星はより大規模な作物栽培を試すのに適した場所になるかもしれない、と彼は言う。研究者たちは既に、火星の土壌を模した土壌で、シロイヌナズナなどの植物の栽培を開始しており、NASAが火星探査車「パーセベランス」ミッションからサンプルを持ち帰れば、本物の土壌で実験する機会が得られるかもしれない。もしこれが成功すれば、マーク・ワトニーのような植物学者宇宙飛行士が、いつか赤い惑星でジャガイモを栽培できるようになるかもしれない。ただし、地球の植物が宇宙の表土で単に生き延びるだけでなく、より豊かに育つ方法を見つけるまでは。

それでも、ポール氏と彼女の同僚たちにとって、宇宙農業、あるいは少なくとも宇宙園芸は未来の私たちの未来となるでしょう。「私たちは今、月の一部を生物学の世界に導入し、それがうまくいっています。私にとって、これはとても象徴的なことです。地球を離れる時、私たちは植物を持っていくのです」と彼女は言います。