“离开地球吃什么”一直是人类思考的问题。随着月球基地梦想渐行渐近，人们不得不考虑月球上的一日三餐如何自给自足。
科学家正通过各种尝试，将天生不适合植物生长的月壤，变得适合种植地球作物。一粒小小鹰嘴豆在“月壤”中吐出的嫩芽，既带来通向月球农场希望，又在发出提醒：把另一颗星球的尘土变成良田，人类才刚迈出第一步。
在科幻电影《火星救援》中，宇航员马克·沃特尼被困火星，为了填饱肚子活命，他必须在贫瘠的红色土壤里种出土豆。现实中，真有一群科学家在研究如何在月球上种菜。
美国得克萨斯农工大学土壤与作物科学系博士研究生杰西卡·阿特金就是其中之一。多年来，她一直在研究未来宇航员可以在太空吃到什么、如何为月球基地供应食物、如何建造月球农场。
阿特金的研究可能很快就会派上用场。今年4月，美国航空航天局（NASA）阿尔忒弥斯2号任务中，4名宇航员搭乘“猎户座”飞船完成了为期10天的绕月飞行。这背后是NASA一项极具雄心的计划——重返月球，并在月球表面建立永久性定居点。
如果只是短期停留，从地球运输预包装食品或许能满足太空驻留人员的需求，但如果未来月球基地需要长期运行，宇航员就得在一定程度上实现食物的自给自足，那就需要尝试在月球上种植作物。
然而，这绝非易事。宇航员们不仅需要开采月球上的水冰资源用于灌溉作物，月壤本身也不适合植物生长。月壤颗粒细小、尖锐，且带有正电荷，很容易附着在物体表面，既可能划伤植物，也可能损伤宇航服。把水加入这种像婴儿爽身粉一样的物质中，还可能形成类似水泥的结构，阻碍水分到达植物根部，甚至把植物闷死。
从化学组成来看，月壤虽含有植物所需的磷、钾、钙、镁等元素，但同时也含有较高比例的铝，可能会抑制植物生长；而其中过量的铁，也可能对植物产生致命毒性。
改造月壤，让鹰嘴豆发芽
阿特金的研究，正是希望改变月壤这种“不适合种植”的环境。她的最新研究表明，在模拟月壤中加入由有机物和特定真菌混合而成的特殊配方，就能让鹰嘴豆发芽并结出种子。相关成果于今年3月发表在《科学报告》上，阿特金也由此获得了NASA FINESST计划提供的资助，以继续攻克在月球上种植蔬菜的难题。
阿特金与植物的缘分始于童年。那时，她常和祖母一起在草莓地里玩耍，顺手摘几颗草莓品尝。同时，她也一直着迷于太空。她在牧场长大，经常坐在拖拉机上仰望月亮，也曾常思考一个问题：如果人类未来想在月球上种植物，应该怎么做？
直接把地球土壤运送到月球并不现实。阿特金解释，往月球运送约半公斤任何特定材料的费用都可能高达10万美元。因此，目前人们不得不依靠预包装食品，或像国际空间站那样使用水培技术。
一些科学家已经尝试过在月壤环境中种植植物。美国佛罗里达大学研究团队曾利用阿波罗任务带回的真实月壤种植拟南芥。虽然植物生长过程十分艰难，但实验首次证明，植物并非完全无法适应月壤环境。
此外，也有研究尝试向月球模拟土壤中加入有机物。但阿特金认为，还有一个关键因素长期被忽视——微生物。
在地球生态系统中，真菌与植物之间存在复杂的共生关系。真菌可以帮助植物获取营养、增强环境适应能力，并帮助植物在新的环境中建立根系。“在地球上，植物并不是独自生长的，它们需要微生物。如果微生物能帮助植物在地球上扎根，为什么不能帮助它们在月球上生长？”在阿特金看来，大自然早已给出了答案，人们只需要弄明白其中的规律。
在众多候选植物中，阿特金选择了鹰嘴豆。相比常见的生菜、西红柿等太空种植实验对象，豆科植物并不是最热门的选择。但在她看来，鹰嘴豆拥有几个独特优势：首先，鹰嘴豆富含蛋白质，能够成为未来宇航员重要的植物蛋白来源，让他们保持体格健康和强壮；其次，作为豆科植物，它能够与微生物建立“合作关系”，通过根部信号吸引有益微生物参与生长。更重要的是，鹰嘴豆具有较强的环境适应能力。阿特金说：“不需要浇很多水，把鹰嘴豆放在最糟糕的环境中，它反而可能表现得更好。”
在自家客厅模拟月球种菜
在获得NASA资助之前，阿特金曾在自己家的客厅里搭建实验室，模拟月球种植环境。
2020年至2021年前后，太空植物研究还是一个相对小众的方向。阿特金在得克萨斯农工大学的导师长期研究植物—微生物相互作用，她们一同向NASA提交了一份研究提案。NASA认为他们的想法很有潜力，但还需要补充更多前期数据。于是，阿特金购买实验材料，在自己家中开始了初步实验。
NASA约翰逊航天中心保存着阿波罗任务带回的真实月壤，但这些样本太过珍贵。阿特金使用的是由地球上的类月火山岩制成的月壤模拟物，用于模拟未来阿尔忒弥斯计划可能登陆的月球高纬地区。完成初步数据收集后，她再次向NASA提交申请，这次终于获批。
此后，阿特金团队搬进了设备更加完善的实验室，以便开展月球种植鹰嘴豆实验。他们向模拟月壤中加入不同量的有机物和真菌，以确定培育健康植物所需有机质和微生物的最佳比例。
最终，研究人员找到了有机物与真菌的最佳组合。结果显示，加入这种特定配方的“肥料”后，鹰嘴豆能够更好生长，并形成强大的植物—微生物共生关系。令人意外的是，一些鹰嘴豆种子甚至比在地球土壤中萌发得更快。
不过，植物在月壤环境中仍然承受相当大的生存压力，最终结出的种子数量低于正常水平。目前，美国宾夕法尼亚州立大学科研人员正在对这些种子进行检测，以确认它们是否存在毒性。
阿特金希望种子是无毒的，但即使有毒也未必意味着研究失败。这或许表示，植物可以成为“生物采矿工具”，帮助人类从月壤中提取金属资源。在阿特金看来，这项研究的重点并不只是种出鹰嘴豆，而是探索如何将月壤转变成真正能够支持植物生长的土壤。
建月球农场仍需跨越多重难关
即使未来月球基地建成，要在月球上造一座农场依然充满挑战。月球没有大气保护，宇航员将面临更强的辐射环境，且月球上的重力只有地球的1/6，这可能改变植物根系生长和灌溉方式。此外，月球昼夜周期特殊，通常是连续两周白昼，随后紧接两周黑夜。未来种植系统可能需要额外提供稳定照明。
更重要的是，吸入月壤会带来健康风险。宇航员不希望自己长期暴露在月球尘埃中，也不希望尘埃进入居住舱。因此，未来月球农业很可能需要建造独立温室，从而将种植区与生活区隔离。
未来宇航员能吃上什么？在可预见的未来，肉类和鱼类等蛋白质来源仍可能主要依靠预包装的耐储存食品。但在长期太空任务中，宇航员仍需要摄入新鲜食物来改善生活质量。
阿特金提到，NASA已经在研究草莓等植物在类似空间环境中的生长情况。未来的月球温室里或许能出现一些新鲜水果。用鹰嘴豆做一些简单料理也可能成为现实，她表示，自己想在月球上开一家“炸豆丸子摊”。
“月球植物学家”这个称呼听起来很浪漫，但阿特金知道，这仍然是一个非常小众的领域。她希望，随着人类探索月球的脚步加快，未来会出现更多相关岗位，支持开展更多后续研究。“在地球上，甚至在太空中模拟1/6重力都非常困难。我们最终还是需要真正到月球上去尝试。”阿特金表示，自己已经做好登上月球的准备，去建立第一座月球温室。
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