Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

12 Mayıs 2022'de Communications Biology dergisinde yayınlanan yeni bir araştırma makalesinde, Florida Üniversitesi'nden bilim insanları, bitkilerin Ay toprağında başarılı bir şekilde filizlenip büyüyebileceğini kanıtladılar. Ayrıca bitkilerin Dünya'da bulunan tipik topraktan tamamen farklı olan Ay’ın toprağına, Ay regoliti (Ay tozu) olarak da biliniyor, biyolojik olarak nasıl tepki verdiği de araştırıldı. Bu araştırma Ay'da veya gelecekteki uzay görevlerinde besin ve oksijen için bitki yetiştirmeye yönelik ilk adımdı. 

Anna-Lisa Paul, solda ve Rob Ferl, laboratuvarlarında Ay topraklarıyla çalışıyorlar. Kaynak: Fotoğraf Tyler Jones tarafından çekilmiştir, UF/IFAS fotoğrafıdır.

Araştırmanın yazarlarından Prof. Anna-Lisa Paul, "Bitkiler, Ay’dan getirilen toprak örneklerinin karasal yaşama zarar verecek patojenleri veya diğer bilinmeyen bileşenleri barındırmadığını belirlemeye yardımcı oldu, ancak bu bitkiler yalnızca Ay regolitiyle tozlandı ve içinde hiçbir zaman gerçekten yetiştirilmedi" dedi. 

Araştırmanın yazarları Prof. Anna-Lisa Paul ve Prof. Rob Ferl, uzaydaki bitkiler konusunda uluslararası alanda tanınan uzmanlardır. UF Uzay Bitkileri Laboratuvarı aracılığıyla uzay mekiği, Uluslararası Uzay İstasyonu ve yörünge altı uçuşlar üzerinde deneyler yaptılar.

Anna-Lisa Paul, Ay topraklarını bir pipetle nemlendirmeye çalışıyorlar. Bilim insanları toprağın suyu ittiğini (hidrofobik olduğunu) ve suyun yüzeyde boncuk gibi kalmasına neden olduğunu buldular. Hidrofobikliği kırmak ve toprağı eşit şekilde ıslatmak için malzemenin su ile aktif olarak karıştırılması gerekmiştir. Nemlendirildikten sonra Ay toprakları bitki kültürü için kılcal (kapiler) hareketle ıslatılabilir. Kaynak: Fotoğraf Tyler Jones fotoğraf tarafından çekilmiştir. UF/IFAS fotoğrafıdır.

Ferl, “Gelecekte yapılacak olan daha uzun uzay görevleri için Ay'ı bir merkez veya fırlatma rampası olarak kullanabiliriz. Bitki yetiştirmek için zaten orada bulunan toprağı kullanmak isteyeceğimiz mantıklı bir yaklaşım. Peki, bir bitkinin evrimsel deneyiminin tamamen dışında olan Ay toprağında bitki yetiştirdiğinizde ne olur? Ay serasında bitkiler ne tepki verirlerdi? Ay çiftçilerimiz olabilir mi?” sorularını sordular.

Yukarıda belirtilen sorulara cevap bulabilmek için Prof. Rob Ferl ve Anna-Lisa Paul, aldatıcı derecede basit bir deney tasarladılar: Ay toprağına tohum ekildi daha sonra ise gerekli olan su, besin ve ışık eklenip sonuçları kaydettiler.

Arabidopsis bitkilerinin tohumları ekildikten altı gün sonrası. Soldaki dört kuyu, JSC-1A Ay toprağı simülasyonunda büyüyen bitkileri içermektedir. Sağdaki üç kuyu, Apollo 11, 12 ve 17 görevleri sırasında toplanan Ay topraklarında yetişen bitkileri içermektedir. Kaynak: Fotoğraf Tyler Jones tarafından çekilmiştir, UF/IFAS fotoğrafıdır.

Büyük sorun: Bilim insanlarının bu deneyi yapmak için sadece 12 gram, yani birkaç çay kaşığı kadar, Ay toprağı vardı. NASA'dan ödünç alınan bu toprak, Ay'a yapılan Apollo 11, 12 ve 17 misyonları sırasında toplanmıştı. Prof. Paul ve Prof. Ferl, Ay regolitiyle çalışma şansı için 11 yıl boyunca üç kez başvurdular.

Az miktarda toprak, hesaplanamaz tarihsel ve bilimsel önemi bir yana, Prof. Paul ve Prof. Ferl'in küçük ölçekli dikkatle koreografisi yapılmış bir deney tasarlamaları gerektiği anlamına geliyordu. Araştırmacılar, minik Ay bahçelerini büyütmek için normalde kültür hücrelerinde kullanılan plastik plakalarda yüksük büyüklüğünde kuyular kullandılar. Her kuyu bir kap işlevi gördü. Bilim insanları, her "kabı" yaklaşık bir gram Ay toprağı ile doldurduktan sonra toprağı bir besin solüsyonuyla nemlendirdiler ve Arabidopsis (Fare kulağı teresi) bitkisinden birkaç tohum eklediler.

Arabidopsis, genetik kodu tamamen haritalanmış olduğu için bitki bilimlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ay toprağında büyüyen Arabidopsis, araştırmacıların toprağın bitkileri nasıl etkilediğine ve gen ifadesi düzeyine kadar daha fazla içgörü kazandırdı.

Rob Ferl, (solda) ve Anna-Lisa Paul (sağda), LED ışıklar altında büyüyen, kısmen Ay toprağı ve kısmen kontrol toprağı ile doldurulmuş kuyulara bakıyorlar. O zamanlar bilim insanları tohumların Ay toprağında filizlenip çimlenip çimlenmeyeceğini bile bilmiyorlardı. Kaynak: Fotoğraf Tyler Jones tarafından çekilmiştir, UF/IFAS fotoğrafıdır.

Karşılaştırma noktaları olarak araştırmacılar ayrıca gerçek Ay toprağını taklit eden karasal bir madde olan JSC-1A'ya Arabidopsis'i ve ayrıca aşırı ortamlardan simüle edilmiş Mars topraklarını ve karasal toprakları yerleştirdiler. Ay ait olmayan bu topraklarda yetişen bitkiler deneyin kontrol grubuydu. Deneyden önce araştırmacılar, Ay topraklarına ekilen tohumların filizlenip filizlenmeyeceğinden emin değillerdi, ama neredeyse hepsi başarıyla sonuçlandı.

Paul, “Olaya hayran kaldık. Bunu tahmin etmemiştik. Bu, bize Ay topraklarının bitkinin çimlenmesiyle ilgili hormonları ve sinyalleri kesintiye uğratmadığını gösterdi” dedi.

Öte yandan zaman geçtikçe, araştırmacılar Ay toprağında yetişen bitkiler ile kontrol grubu arasındaki farklılıkları gözlemlemeye başladılar. Örneğin Ay topraklarında yetişen bazı bitkiler emsallerinden daha küçüktüler. Ayrıca daha yavaş büyüyorlardı ya da boyut olarak daha çeşitliydiler.

Paul, bunların hepsinin bitkilerin Ay'ın toprağının kimyasal ve yapısal yapısıyla başa çıkmak için çalıştıklarının fiziksel işaretleri olduğunu açıkladı. Araştırmacılar bitkilerin gen ifadesi modellerini analiz ettiklerinde de doğrulandı.

Paul, "Genetik düzeyde bitkiler, tuz ve metaller veya oksidatif stres gibi stresörlerle başa çıkmak için tipik olarak kullanılan araçları çekiyorlardı. Bu nedenle bitkilerin Ay toprağı ortamını stresli olarak algıladıkları sonucuna varabiliriz. Nihayetinde stres tepkilerini bitkilerin, özellikle ekinlerin, sağlıklarına çok az etki ederek Ay toprağında büyüyebilecekleri düzeye nasıl iyileştirebileceğimizi ele almak için gen ifadesi verilerini kullanmak istiyoruz" açıklamasında bulundu.

Ferl ve Paul ile araştırmada işbirliği yapan UF'den jeolog Doç. Stephen Elardo, bitkilerin Ay toprağına nasıl tepki verdiklerinin toprağın toplandığı yerle bağlantılı olabileceğini belirtti.

Örneğin, araştırmacılar, en fazla stres belirtisine sahip bitkilerin, Ay jeologlarının “olgun Ay toprağı” dedikleri yerde yetişen bitkiler olduğunu buldular. Bu olgun topraklar, yapılarını değiştiren kozmik rüzgâra daha fazla maruz kalanlardı. Öte yandan, nispeten daha az “olgun topraklarda” yetişen bitkiler daha iyi sonuç verdiler.

Elardo, Ay topraklarında yetişen bitkilerin de toprakları değiştirebileceğini söyledi. Elardo, “Ay çok ama çok kuru bir yerdir. Ay toprağındaki mineraller, eklenmiş su ve besinlerle içlerinde bir bitkinin yetiştirilmesine nasıl tepki verecek? Su eklemek, mineralojiyi bitkiler için daha uygun hale getirecek mi?” sorularını sordu.

Gelecekte bu araştırmayı takip ederek yapılacak olan araştırmalar bu sorular ve daha fazlası üzerine inşa edilecek gibi görünüyor. Şimdilik, bilim insanları Ay'da bitki yetiştirmeye yönelik ilk adımları atmayı kutlamaktalar. Ferl, "Bu deneyi yapmak istedik, çünkü yıllardır şu soruyu soruyorduk: Bitkiler ay toprağında büyür mü? Cevabımız ortaya çıktı: Evet büyürler!”

Makale: “Plants grown in Apollo lunar regolith present stress-associated transcriptomes that inform prospects for lunar exploration” by Anna-Lisa Paul, Stephen M. Elardo and Robert Ferl, 12 May 2022, Communications Biology.
DOI: 10.1038/s42003-022-03334-8