Космическая агрономия: марсианскую почву сделали плодороднее земной

В связи с увеличением роста населения и сокращением пахотных земель на Земле, астроземледелие в будущем может оказаться жизненно важной отраслью. В частности, большое значение будет играть марсианская почва, которая на данный момент не считается плодородной. Однако ученые нашли способ улучшить рост растений в грунте Красной планеты.

В идее колонизации Марса пока слишком много пробелов, и обеспечение колонизаторов пищей — один из них. Поэтому на Красной планете придётся выращивать еду на месте, но дело осложняет бесплодная марсианская почва. Новое исследование показало, что удобрение растений грамотрицательными бактериями может значительно улучшить их рост даже в марсианском грунте — ученые это с успехом и продемонстрировали.

Чрезвычайно сухая, пыльная и каменистая грязь, придающая Красной планете характерный оттенок, бесперспективна для сельского хозяйства. В реголите, как известно, не хватает обычной органики от растений и животных, которая и обеспечивает питательные вещества для сельскохозяйственных культур. Это означает, что попытки выращивать что-то в такой почве безуспешны.

Но ученые нашли способ «оживить» даже марсианский грунт. Предыдущие исследования показали, что добавление в него скошенной травы, навоза и червей может значительно улучшить качество почвы и помочь растениям развиваться. Теперь в состав грунта добавлен еще один недостающий фрагмент головоломки, дающий многообещающие результаты.

Азот является относительно важным питательным веществом для растений, поэтому отсутствие азотсодержащих молекул в реголите Марса — серьезная проблема. В рамках нового эксперимента исследователи из Университета штата Колорадо решили добавить его в грунт с помощью почвенных бактерий, которые фиксируют азот из воздуха.

Концепция теплиц из биопластика на Марсе для выращивания растений. Изображение: NASA

Команда ученых вырастила клевер в образцах смоделированной марсианской почвы, причем некоторые растения были привиты азотфиксирующими бактериями Sinorhizobium meliloti. Эти бактерии также образуют симбиотические отношения с некоторыми бобовыми. 

Выяснилось, что растения с симбиотическими бактериями развивались намного лучше: корни и побеги росли у них на 75% быстрее, чем у клевера, который рос просто в искусственном реголите без бактериальной инокуляции.

Клевер, выращенный в искусственной марсианской почве, растёт намного лучше в сочетании с азотфиксирующими бактериями (слева), чем без них (справа). Изображение: Государственный университет Колорадо

Ученые также исследовали концентрацию азота в почве, чтобы оценить способность клубеньковых растений и симбионтов к улучшению качества грунта. Однако они получили интересный результат: уровень азотсодержащих молекул в почве вокруг инокулированных растений не увеличивался, то есть существенных различий в составе почвы, где были растения с бактериями, и имитацией реголита не обнаружили.

Колонизация Марса в представлении художника. Изображение: Bryan Versteeg

Если бы количество азотсодержащих молекул увеличивалось в первом варианте, то можно было бы сделать вывод, что реголит улучшается с течением времени, становясь все более подходящим для выращивания в нем сельскохозяйственных культур. 

Тем не менее, результаты исследования, опубликованного в PLOS ONE, показывают, что азотфиксирующие бактерии Sinorhizobium meliloti образуют клубеньки на корнях растений в марсианском реголите, в конечном итоге значительно улучшая рост клевера (Melilotus officinalis) в тепличных условиях, так как переводят азот в усваиваемые растениями соединения. То есть они могут значительно усилить развитие растений в реголите и стать важным ингредиентом для будущих земледельцев на Марсе.