Hình minh họa - Nguồn: Freepik.

Trong khi Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) đang chuẩn bị cho sứ mệnh Artemis II, hướng tới việc khám phá Mặt Trăng một cách sâu rộng hơn, các nhà khoa học cũng phải đối mặt với một thách thức thực tiễn: các phi hành gia tương lai sẽ ăn gì?

Trong một công bố gần đây trên tạp chí Scientific Reports, nhóm nghiên cứu hợp tác cùng các nhà khoa học từ Đại học Texas A&M cho biết họ đã lần đầu tiên trồng và thu hoạch thành công đậu gà bằng vật liệu được thiết kế để mô phỏng chính xác lớp đất trên bề mặt Mặt Trăng. Bà Sara Santos, người đứng đầu dự án, chia sẻ: "Nghiên cứu này nhằm mục đích tìm hiểu tính khả thi của việc trồng trọt trên Mặt Trăng. Làm thế nào để chúng ta biến đổi lớp đất đá vụn này thành đất canh tác? Những cơ chế tự nhiên nào có thể thúc đẩy sự chuyển đổi đó?".

Thách thức từ lớp regolít Mặt Trăng và gải pháp sinh học

Lớp vật chất bụi phủ trên bề mặt Mặt Trăng có tên khoa học là regolít (regolith). Không giống như đất trên Trái Đất, regolít hoàn toàn không chứa vi sinh vật hay chất hữu cơ mà thực vật cần để sinh trưởng. Mặc dù trong thành phần của nó có các khoáng chất và chất dinh dưỡng mà cây trồng có thể hấp thụ, nó cũng chứa nhiều kim loại nặng với hàm lượng đủ để gây hại cho sự phát triển của cây. Để tiến hành thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã sử dụng mẫu đất mô phỏng do Exolith Labs sản xuất. Hợp chất này được thiết kế để có thành phần hóa học và vật lý gần giống nhất với các mẫu đất đá được các phi hành gia trong những sứ mệnh Apollo mang về Trái Đất.

Để cải thiện môi trường canh tác khắc nghiệt này, nhóm nghiên cứu đã áp dụng một giải pháp sinh học. Họ trộn lớp đất mô phỏng với phân trùn quế, một loại vật liệu hữu cơ giàu dinh dưỡng được tạo ra khi giun đất tiêu hóa chất thải. Phân trùn quế không chỉ cung cấp các dưỡng chất quý giá mà còn chứa một hệ vi sinh vật đa dạng, có tác dụng hỗ trợ sức khỏe của cây trồng. Trong môi trường của một sứ mệnh không gian, giun có thể được nuôi để tạo ra phân bón bằng cách tái chế các vật liệu thải bỏ như thức ăn thừa hoặc các sản phẩm vệ sinh cá nhân làm từ cotton. Trước khi gieo trồng, hạt đậu gà còn được phủ một lớp nấm rễ cộng sinh (mycorrhiza). Loại nấm này hình thành một mối quan hệ tương hỗ với rễ cây. Chúng giúp cây tăng cường hấp thụ các chất dinh dưỡng thiết yếu, đồng thời hạn chế việc hấp thụ các kim loại nặng có trong đất.

Kết quả từ phòng thí nghiệm và những câu hỏi còn bỏ ngỏ

Bà Santos và nhóm nghiên cứu đã trồng đậu gà trong nhiều hỗn hợp khác nhau với tỷ lệ đất mô phỏng và phân trùn quế đa dạng. Kết quả cho thấy cây có thể phát triển thành công trong hỗn hợp chứa tới 75% thành phần là đất mô phỏng. Khi tỷ lệ này tăng lên cao hơn, cây trồng bắt đầu biểu hiện các dấu hiệu bị căng thẳng và chết sớm.

Một phát hiện quan trọng là ngay cả trong những điều kiện khó khăn nhất, những cây được xử lý bằng nấm cộng sinh vẫn sống sót lâu hơn so với những cây không được xử lý. Kết quả này khẳng định vai trò hỗ trợ thiết yếu của nấm đối với sự phát triển của thực vật. Các nhà nghiên cứu cũng nhận thấy loài nấm này có khả năng tự phát triển và thiết lập quần thể trong môi trường đất mô phỏng. Điều đó gợi ý rằng chúng có thể chỉ cần được đưa vào một lần duy nhất khi xây dựng hệ thống canh tác thực tế trên Mặt Trăng.

Việc thu hoạch thành công đậu gà từ đất mô phỏng Mặt Trăng là một cột mốc quan trọng, nhưng vẫn còn nhiều câu hỏi cần được giải đáp. Các nhà khoa học cần xác định xem liệu cây đậu gà có hấp thụ các kim loại độc hại từ đất hay không, và liệu chúng có cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết cho sức khỏe của phi hành gia hay không.

Bà Jessica Atkin, một thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết: "Chúng tôi muốn hiểu rõ khả năng của chúng với tư cách là một nguồn thực phẩm. Chúng có tốt cho sức khỏe không? Chúng có chứa các chất dinh dưỡng mà phi hành gia cần không? Nếu chúng chưa an toàn để ăn, thì cần bao nhiêu thế hệ canh tác nữa chúng mới trở nên an toàn?".

Dự án này đã nhận được thêm sự hỗ trợ thông qua một khoản tài trợ FINESST của NASA, hứa hẹn sẽ thúc đẩy các nghiên cứu sâu hơn về việc trồng thực phẩm cho các sứ mệnh lên Mặt Trăng trong tương lai.