Vad behöver du för att få din trädgård att växa? Förutom massor av solsken omväxlande med milda regnskurar – och upptagna bin och fjärilar för att pollinera växterna – behöver du bra, rik jord för att ge viktiga mineraler. Men tänk dig att du inte hade någon rik jord, eller regnskurar eller bin och fjärilar. Och solskenet var antingen för hårt och direkt eller frånvarande – vilket orsakade minusgrader.

Skulle växter kunna växa i en sådan miljö – och i så fall vilka? Detta är frågan som kolonister på månen (och Mars) skulle behöva ta itu med om (eller när) mänsklig utforskning av våra planetariska grannar går vidare. Nu en ny studie, publicerad i Communications Biology , har börjat ge svar.

Forskarna bakom studien odlade den snabbväxande växten Arabidopsis thaliana i prover av månregolit (jord) som Apollo-astronauterna tog tillbaka från tre olika platser på månen.

Torr och karg jord

Detta är dock inte första gången som försök har gjorts att odla växter i månregolit, men det är den första som visar varför de inte trivs.

Månregoliten skiljer sig mycket från landjordar. Till att börja med innehåller den inte organiskt material (maskar, bakterier, ruttnande växtmaterial) som är karakteristiskt för jorden på jorden. Det har inte heller något inneboende vatteninnehåll.

Men den är sammansatt av samma mineraler som landjordar, så om man antar att bristen på vatten, solljus och luft åtgärdas genom att odla växter i en månmiljö, kan regoliten ha potential att odla växter.

Forskningen visade att så verkligen är fallet. Frön av A. thaliana grodde i samma takt i Apollo-material som de gjorde i markjorden. Men medan plantorna i markjorden fortsatte med att utveckla rotbestånd och släcka löv, var Apollo-plantorna förkrympta och hade dålig rottillväxt.

Huvudinriktningen för forskningen var att undersöka växter på genetisk nivå. Detta gjorde det möjligt för forskarna att känna igen vilka specifika miljöfaktorer som framkallade de starkaste genetiska reaktionerna på stress. De fann att det mesta av stressreaktionen i alla Apollo-plantor kom från salter, metall och syre som är mycket reaktiva (varav de två sista är inte vanliga i landjord) i månproverna.

De tre Apollo-proverna påverkades i olika utsträckning, där Apollo 11-proverna var de långsammaste att växa. Med tanke på att den kemiska och mineralogiska sammansättningen av de tre Apollo-jordarna liknade varandra och det terrestra provet, misstänkte forskarna att näringsämnen inte var den enda kraften som spelade.

Den markbundna jorden, kallad JSC-1A, var inte en vanlig jord. Det var en blandning av mineraler framställda specifikt för att simulera månens yta, och innehöll inget organiskt material.

Utgångsmaterialet var basalt, precis som i månregolit. Den terrestra versionen innehöll också naturligt vulkaniskt glas som en analog för de "glasaktiga agglutinaten" - små mineralfragment blandade med smält glas - som finns rikligt i månregolit.

Forskarna insåg att agglutinaten var en av de potentiella orsakerna till bristen på tillväxt hos plantorna i Apollo-jorden jämfört med den terrestra jorden, och även för skillnaden i tillväxtmönster mellan de tre månproverna.

Agglutinat är ett vanligt inslag på månens yta. Ironiskt nog bildas de genom en process som kallas "lunar gardening". Detta är sättet som regoliten förändras, genom bombardering av månens yta av kosmisk strålning, solvind och små meteoriter, även känd som rymdvittring.

Eftersom det inte finns någon atmosfär som bromsar de små meteoriterna som träffar ytan, slår de i hög hastighet, vilket orsakar smältning och sedan släcks (snabb kylning) vid nedslagsplatsen.

Gradvis byggs små aggregat av mineraler upp, som hålls samman av glas. De innehåller också små partiklar av järnmetall (nanofasjärn) som bildas av rymdvittringsprocessen.

Det är detta järn som är den största skillnaden mellan de glasartade agglutinaten i Apollo-proverna och det naturliga vulkaniska glaset i det terrestra provet. Detta var också den mest troliga orsaken till den metallrelaterade stress som kändes igen i växtens genetiska profiler.

Så närvaron av agglutinat i månens substrat fick Apollo-plantorna att kämpa jämfört med plantorna som odlades i JSC-1A, särskilt Apollo-11-plantorna. Mängden agglutinat i ett månregolitprov beror på hur länge materialet har exponerats på ytan, vilket kallas "mognad" hos en månjord.

Mycket mogna jordar har funnits på ytan under lång tid. De finns på platser där regolit inte har störts av nyare nedslagshändelser som skapade kratrar, medan omogna jordar (underifrån ytan) förekommer runt färska kratrar och på branta kratersluttningar.

De tre Apollo-proverna hade olika löptider, där Apollo 11-materialet var det mest mogna. Den innehöll mest nanofasjärn och uppvisade de högsta metallassocierade stressmarkörerna i sin genetiska profil.

Vikten av ung jord

Studien drar slutsatsen att den mer mogna regoliten var ett mindre effektivt substrat för att odla plantor än den mindre mogna jorden. Detta är en viktig slutsats, eftersom den visar att växter kan odlas i månens livsmiljöer med hjälp av regoliten som en resurs. Men att platsen för livsmiljön ska styras av jordens mognad.

Och en sista tanke:det slog mig att resultaten även kan gälla några av de fattiga regionerna i vår värld. Jag vill inte repetera det gamla argumentet "Varför spendera alla dessa pengar på rymdforskning när de kunde spenderas bättre på skolor och sjukhus?" Det skulle vara ämnet för en annan artikel.

Men finns det tekniska utvecklingar som härrör från denna forskning som kan vara tillämpliga på jorden? Kan det man har lärt sig om stressrelaterade genetiska förändringar användas för att utveckla mer torka-resistenta grödor? Eller växter som kan tolerera högre halter av metaller?

Det skulle vara en stor bedrift om att få växter att växa på månen var avgörande för att hjälpa trädgårdar att växa grönare på jorden.