Des scientifiques font pousser des plantes dans le sol de la Lune

Plantes d’Arabidopsis 6 jours après la plantation des graines. Les quatre puits sur la gauche contiennent des plantes poussant dans le simulant de sol lunaire JSC-1A. Les trois puits de droite contiennent des plantes poussant dans les sols lunaires récoltées lors des missions Apollo 11, 12 et 17. Photo UF/IFAS de Tyler Jones. Crédit : UF/IFAS, Tyler Jones

Les scientifiques ont fait pousser des plantes dans le sol de la Lune, une première dans l’histoire humaine et une étape importante dans l’exploration lunaire et spatiale.

Dans un nouvel article publié dans la revue Biologie des communications, des chercheurs de l’Université de Floride ont montré que les plantes peuvent germer et pousser avec succès dans le sol lunaire. Leur étude a également étudié la façon dont les plantes réagissent biologiquement au sol de la Lune, également connu sous le nom de régolithe lunaire, qui est radicalement différent du sol trouvé sur Terre.

Ce travail est un premier pas vers la culture un jour de plantes pour la nourriture et l’oxygène sur la Lune ou lors de missions spatiales. Plus immédiatement, cette recherche intervient alors que le programme Artemis prévoit de renvoyer des humains sur la Lune.

“Artemis nécessitera une meilleure compréhension de la façon de faire pousser des plantes dans l’espace”, a déclaré Rob Ferl, l’un des auteurs de l’étude et éminent professeur de sciences horticoles à l’UF Institute of Food and Agricultural Sciences (UF/IFAS).

Même au début de l’exploration lunaire, les plantes jouaient un rôle important, a déclaré Anna-Lisa Paul, également l’une des auteurs de l’étude et professeure de recherche en sciences horticoles à l’UF/IFAS.

“Les plantes ont aidé à établir que les échantillons de sol ramenés de la lune n’abritaient pas d’agents pathogènes ou d’autres composants inconnus susceptibles de nuire à la vie terrestre, mais ces plantes n’ont été saupoudrées que de régolithe lunaire et n’y ont jamais été réellement cultivées”, a déclaré Paul.

Une première : des scientifiques font pousser des plantes dans le sol de la Lune

Anna-Lisa Paul essaie d’humidifier les sols lunaires avec une pipette. Les scientifiques ont découvert que les sols repoussaient l’eau (étaient hydrophobes), ce qui faisait perler l’eau à la surface. Une agitation active du matériau avec de l’eau était nécessaire pour briser l’hydrophobicité et mouiller uniformément le sol. Une fois humidifiés, les sols lunaires pouvaient être humidifiés par capillarité pour la culture des plantes. Crédit : UF/IFAS, Tyler Jones

Paul et Ferl sont des experts internationalement reconnus dans l’étude des plantes dans l’espace. Par le biais de l’UF Space Plants Lab, ils ont envoyé des expériences sur des navettes spatiales, vers la Station spatiale internationale et sur des vols suborbitaux.

“Pour de futures missions spatiales plus longues, nous pourrions utiliser la Lune comme plaque tournante ou comme rampe de lancement. Il est logique que nous voulions utiliser le sol qui est déjà là pour faire pousser des plantes”, a déclaré Ferl. “Alors, que se passe-t-il lorsque vous cultivez des plantes dans un sol lunaire, quelque chose qui est totalement en dehors de l’expérience évolutive d’une plante ? Que feraient les plantes dans une serre lunaire ? Pourrions-nous avoir des agriculteurs lunaires ?”

Pour commencer à répondre à ces questions, Ferl et Paul ont conçu une expérience d’une simplicité trompeuse : planter des graines dans le sol lunaire, ajouter de l’eau, des nutriments et de la lumière, et enregistrer les résultats.

La complication : les scientifiques n’avaient que 12 grammes – juste quelques cuillères à café – de sol lunaire avec lesquels faire cette expérience. Prêté par la NASA, ce sol a été collecté lors des missions Apollo 11, 12 et 17 vers la Lune. Paul et Ferl ont postulé trois fois en 11 ans pour avoir la chance de travailler avec le régolithe lunaire.

La petite quantité de sol, sans parler de son importance historique et scientifique incalculable, signifiait que Paul et Ferl devaient concevoir une expérience à petite échelle et soigneusement chorégraphiée. Pour faire pousser leur petit jardin lunaire, les chercheurs ont utilisé des puits de la taille d’un dé à coudre dans des plaques en plastique normalement utilisées pour cultiver des cellules. Chaque puits fonctionnait comme un pot. Une fois qu’ils ont rempli chaque “pot” avec environ un gramme de sol lunaire, les scientifiques ont humidifié le sol avec une solution nutritive et ajouté quelques graines de la plante Arabidopsis.

Arabidopsis est largement utilisé dans les sciences végétales car son code génétique a été entièrement cartographié. La culture d’Arabidopsis dans le sol lunaire a permis aux chercheurs de mieux comprendre comment le sol affectait les plantes, jusqu’au niveau d’expression des gènes.

Une première : des scientifiques font pousser des plantes dans le sol de la Lune

Rob Ferl, à gauche, et Anna-Lisa Paul regardant les assiettes remplies en partie de terre lunaire et en partie de terre témoin, maintenant sous des lampes de culture à LED. À l’époque, les scientifiques ne savaient pas si les graines germeraient même dans le sol lunaire. Crédit : UF/IFAS, Tyler Jones

À titre de comparaison, les chercheurs ont également planté Arabidopsis dans JSC-1A, une substance terrestre qui imite le sol lunaire réel, ainsi que des sols martiens simulés et des sols terrestres d’environnements extrêmes. Les plantes cultivées dans ces sols non lunaires constituaient le groupe témoin de l’expérience.

Avant l’expérience, les chercheurs ne savaient pas si les graines plantées dans les sols lunaires germeraient. Mais presque tous l’ont fait.

“Nous avons été étonnés. Nous n’avions pas prévu cela”, a déclaré Paul. “Cela nous a dit que les sols lunaires n’interrompaient pas les hormones et les signaux impliqués dans la germination des plantes.”

Cependant, au fil du temps, les chercheurs ont observé des différences entre les plantes cultivées dans le sol lunaire et le groupe témoin. Par exemple, certaines des plantes cultivées dans les sols lunaires étaient plus petites, poussaient plus lentement ou avaient des tailles plus variées que leurs homologues.

Ce sont tous des signes physiques que les plantes travaillaient pour faire face à la composition chimique et structurelle du sol de la Lune, a expliqué Paul. Cela a été confirmé lorsque les chercheurs ont analysé les schémas d’expression des gènes des plantes.

“Au niveau génétique, les plantes sortaient les outils généralement utilisés pour faire face aux facteurs de stress, tels que le sel et les métaux ou le stress oxydatif, nous pouvons donc en déduire que les plantes perçoivent l’environnement du sol lunaire comme stressant”, a déclaré Paul. “En fin de compte, nous aimerions utiliser les données d’expression génique pour aider à déterminer comment nous pouvons améliorer les réponses au stress au niveau où les plantes, en particulier les cultures, peuvent pousser dans le sol lunaire avec très peu d’impact sur leur santé.”

Une première : des scientifiques font pousser des plantes dans le sol de la Lune

Anna-Lisa Paul, à gauche, et Rob Ferl, travaillant avec des sols lunaires dans leur laboratoire. Crédit : UF/IFAS, Tyler Jones

La façon dont les plantes réagissent au sol lunaire peut être liée à l’endroit où le sol a été collecté, ont déclaré Ferl et Paul, qui ont collaboré à l’étude avec Stephen Elardo, professeur adjoint de géologie à l’UF.

Par exemple, les chercheurs ont découvert que les plantes présentant le plus de signes de stress étaient celles cultivées dans ce que les géologues lunaires appellent un sol lunaire mature. Ces sols matures sont ceux qui sont le plus exposés au vent cosmique, ce qui altère leur composition. En revanche, les plantes cultivées dans des sols comparativement moins matures ont mieux résisté.

La culture de plantes dans les sols lunaires peut également modifier les sols eux-mêmes, a déclaré Elardo.

“La Lune est un endroit très, très sec. Comment les minéraux du sol lunaire réagiront-ils à la croissance d’une plante, avec l’ajout d’eau et de nutriments ? L’ajout d’eau rendra-t-il la minéralogie plus hospitalière pour les plantes ?” dit Elardo.

Des études de suivi s’appuieront sur ces questions et plus encore. Pour l’instant, les scientifiques célèbrent avoir fait les premiers pas vers la culture de plantes sur la Lune.

“Nous voulions faire cette expérience parce que, pendant des années, nous nous posions cette question : les plantes pousseraient-elles dans le sol lunaire”, a déclaré Ferl. “La réponse, il s’avère, est oui.”


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Plus d’information:
Anna-Lisa Paul, Les plantes cultivées dans le régolithe lunaire d’Apollon présentent des transcriptomes associés au stress qui informent les perspectives d’exploration lunaire, Biologie des communications (2022). DOI : 10.1038/s42003-022-03334-8. www.nature.com/articles/s42003-022-03334-8

Fourni par l’Université de Floride

Citation: Une première : des scientifiques cultivent des plantes dans le sol de la Lune (12 mai 2022) récupéré le 12 mai 2022 sur https://phys.org/news/2022-05-scientists-soil-moon.html

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