Vědci poprvé vypěstovali a sklidili cizrnu v simulované měsíční půdě

Pěstování potravin mimo Zemi patří k největším technologickým výzvám budoucích kosmických misí. Nová studie publikovaná v časopise Scientific Reports ukazuje, že i měsíční povrch lze biologicky „oživit“. Kombinace vermikompostu a symbiotických hub umožnila vědcům nejen vypěstovat cizrnu, ale poprvé dosáhnout i tvorby semen v simulované měsíční půdě.

Studie publikovaná v roce 2026 v časopise Scientific Reports přináší jeden z nejvýznamnějších experimentálních pokroků v oblasti astrobiologie a vesmírného zemědělství. Výzkumný tým z University of Texas at Austin a Texas A&M University zkoumal možnosti biologické transformace simulované měsíční půdy tak, aby v ní bylo možné dlouhodobě pěstovat plodiny. Cílem práce bylo ověřit, zda lze pomocí biologických procesů vytvořit funkční substrát pro růst rostlin v prostředí, které postrádá organickou hmotu, mikrobiální společenstva i vhodnou strukturu půdy.

Měsíční půda, označovaná jako lunární regolit, představuje pro rostliny extrémně nepříznivé prostředí. Je tvořena převážně jemně rozmělněným minerálním materiálem vzniklým dopady meteoritů a neobsahuje žádnou organickou složku ani mikrobiální život. Regolit má zároveň velmi špatné fyzikální vlastnosti pro růst kořenů a obsahuje zvýšené koncentrace kovů, například železa, hliníku, zinku a mědi, které mohou být ve vyšších koncentracích toxické. Dalším problémem je silně alkalická reakce. V experimentu byla u čistého simulantu lunárního regolitu naměřena hodnota pH přibližně 9,9, což je pro většinu rostlin výrazně nevhodné prostředí.

Autoři studie proto testovali biologickou strategii označovanou jako bioremediace, tedy biologickou obnovu nebo zlepšení vlastností půdního prostředí pomocí organismů. V experimentu byl použit laboratorně vyrobený materiál napodobující chemické a fyzikální vlastnosti skutečné měsíční půdy tzv. lunární regolit (vrstva volného, jemného minerálního materiálu pokrývající povrch Měsíce, vzniklá dopady meteoritů a vulkanickou činností) od společnosti Exolith Lab, jehož minerální složení odpovídá vzorkům odebraným během misí Apollo. Do tohoto materiálu byl přidáván vermikompost, což je organické hnojivo vznikající činností žížal rodu Eisenia při rozkladu organických zbytků. Vermikompost obsahuje vysoké koncentrace živin, mikroorganismů a humusových látek, které mohou zásadně zlepšit strukturu a úrodnost substrátu.

Současně byly rostliny záměrně ošetřeny symbiotickými houbami zvanými arbuskulární mykorhizní houby (mikroskopické půdní houby žijící v symbióze s kořeny rostlin, které zvyšují schopnost rostlin přijímat vodu a živiny), zkráceně AMF, tedy Arbuscular Mycorrhizal Fungi. Tyto mikroskopické houby vytvářejí mutualistický vztah s kořeny rostlin, při němž houba zvyšuje schopnost rostlin přijímat vodu a minerální živiny a na oplátku získává produkty fotosyntézy. Mykorhiza je známá také tím, že může omezovat příjem toxických kovů rostlinami a stabilizovat půdní prostředí.

Experiment byl proveden s luštěninou Cicer arietinum, tedy cizrnou setou, konkrétně s odrůdou Myles. Tato odrůda byla zvolena pro kompaktní růst, relativně krátký vegetační cyklus a vysokou nutriční hodnotu semen. Luštěniny mají zároveň schopnost symbiotické fixace dusíku, což je v prostředí chudém na živiny důležitá výhoda.

Výzkumníci připravili několik typů substrátu s různým poměrem simulované měsíční půdy a vermikompostu. Testovány byly směsi obsahující přibližně 25 procent, 50 procent a 75 procent lunárního regolitu a kontrolní varianta se 100 procenty simulantu. Rostliny byly pěstovány ve sterilních podmínkách a zavlažovány pomocí speciálního kapilárního systému založeného na bavlněném knotu, který přiváděl vodu přímo do kořenové zóny. Tento systém byl nutný kvůli velmi nízké schopnosti simulovaného regolitu zadržovat vodu.

Výsledky ukázaly, že přítomnost mykorhizních hub významně zlepšila růst rostlin ve všech variantách substrátu. Rostliny, kterým byly aplikovány AMF vykazovaly statisticky vyšší suchou hmotnost kořenů a vyšší biomasu nadzemních částí než rostliny bez symbiotických hub. Nejlepší výsledky byly dosaženy u směsí obsahujících 50 až 75 procent lunárního regolitu. V těchto variantách byly rostliny schopny dokončit celý reprodukční cyklus a vytvořit semena.

Naopak substrát tvořený čistým simulovaným regolitem vedl k výraznému stresu rostlin. Ty sice dokázaly vyklíčit a vytvořit kořenový systém, ale růst byl omezený a rostliny vykazovaly výrazně vyšší poměr kořenové biomasy k nadzemní části. Tento poměr přesahoval hodnotu 1, což signalizuje stresovou reakci a snahu rostlin investovat více energie do vyhledávání živin v nepříznivém prostředí.

Zásadní roli sehrála také změna chemických vlastností substrátu. Přídavek vermikompostu snížil pH směsí s lunárním regolitem na hodnoty přibližně mezi 5,9 a 6,4, tedy do rozmezí, které je pro většinu plodin optimální. Po sklizni se pH v některých variantách posunulo k neutrálním hodnotám kolem 6,5 až 7,3. Přítomnost mykorhizních hub navíc stabilizovala pH v mírně kyselém rozmezí kolem 6,2 až 6,6, což podporuje dostupnost živin a zároveň omezuje toxicitu některých kovů.

Experiment rovněž potvrdil, že arbuskulární mykorhizní houby jsou schopny kolonizovat kořenový systém rostlin i v prostředí simulovaného lunárního regolitu. Kolonizace byla zaznamenána ve všech variantách pokusů, do nichž byly záměrně přidány mikroorganismy, v tomto případě symbiotické houby, včetně substrátu tvořeného stoprocentním simulantem. Tento výsledek naznačuje, že jednorázové zavedení symbiotických hub by mohlo být v budoucích mimozemských zemědělských systémech dlouhodobě udržitelné.

Výzkum přesto ukazuje, že pěstování plodin v měsíčním substrátu zůstává technologicky náročné. Všechny rostliny pěstované v prostředí obsahujícím lunární regolit vykazovaly oproti kontrolním rostlinám pěstovaným v běžném substrátu určitou míru stresu, například nižší celkovou biomasu nebo pomalejší růst. Dalším klíčovým tématem budoucího výzkumu je bezpečnost produkovaných potravin, zejména potenciální akumulace kovů v jedlých částech rostlin a nutriční hodnota takto vypěstovaných semen.

Autoři studie proto zdůrazňují, že dosažení tvorby semen cizrny v simulované měsíční půdě představuje důležitý, ale pouze první krok k vytvoření uzavřených potravinových systémů pro dlouhodobé kosmické mise. Kombinace biologické regenerace půdy, symbiotických mikroorganismů a recyklace organických odpadů by však mohla v budoucnu umožnit produkci potravin přímo na povrchu Měsíce nebo Marsu a výrazně snížit logistickou závislost vesmírných misí na zásobování ze Země.