Nhóm nghiên cứu đặt các hạt giống ở bên ngoài Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) để tìm hiểu tác động của môi trường vũ trụ lên chúng. Ảnh: NASA.
Để thực hiện mục tiêu bay vào không gian và định cư trên hành tinh khác, chúng ta cần giải quyết nhiều thách thức lớn, bao gồm việc nuôi sống bản thân trong một thời gian dài khi phải rời xa Trái Đất, theo Earth Sky. Do đó, các nhà khoa học cần tính đến khả năng trồng cây cung cấp thực phẩm, thay vì phụ thuộc vào thức ăn dự trữ mang theo tàu vũ trụ.
Tuy nhiên, môi trường không gian khắc nghiệt hơn nhiều so với Trái Đất. Hạt giống phải có khả năng chịu đựng một lượng lớn tia cực tím và bức xạ vũ trụ, áp suất thấp và điều kiện vi trọng lực (microgravity).
David Tepfer và Sydney Leach, hai nhà sinh vật học vũ trụ người Pháp, cho biết hạt giống có một số đặc điểm đáng chú ý giúp chúng tự bảo vệ ngoài không gian. Thứ nhất, hạt giống chứa nhiều bản sao của các gene quan trọng, còn được gọi là gene dự phòng. Nếu một bản sao gene bị hỏng, vẫn còn những gene khác thực hiện công việc. Thứ hai, lớp vỏ hạt chứa chất hoá học flavonoid hoạt động như kem chống nắng, bảo vệ ADN của hạt giống thoát khỏi tình trạng bị tổn thương bởi ánh sáng tia cực tím (UV).
Để tìm hiểu những đặc điểm trên có đủ để giúp hạt sống chống chọi với môi trường vũ trụ hay không, Tepfer và Leach tiến hành một loạt các thí nghiệm bên ngoài Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) và trên Trái Đất đối với hạt giống của cây thuốc lá và cây arabidopsis. Thí nghiệm của họ bắt đầu từ năm 2008 và kéo dài 558 ngày. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Astrobiology vào tháng 3/2017.
Nhóm nghiên cứu lưu trữ các hạt giống bên ngoài ISS trong một lớp thủy tinh đặc biệt, cho phép tia UV chiếu vào ở bước sóng từ 110 đến 400 nm. ADN có thể hấp thụ tia cực tím trong khoảng bước sóng này dễ dàng. Một nhóm hạt giống khác giống hệt được che chắn hoàn toàn khỏi tia UV trên ISS. Tepfer và Leach chọn hạt của cây thuốc lá và cây arabidopsis để làm thí nghiệm vì cả hai đều mang bộ gene dự phòng nên có tỷ lệ sống sót tốt hơn.
Khi các hạt giống quay trở về Trái Đất, nhóm nghiên cứu đo tỷ lệ nảy mầm cũng như tốc độ mọc rễ từ lớp vỏ hạt. Kết quả cho thấy, các hạt giống được che chắn trong không gian có tỷ lệ nảy mầm hơn 60%. Các hạt giống tiếp xúc trực tiếp với tia UV có tỷ lệ nảy mầm 3%.
Trong số 11 cây arabidopsis nảy mầm, kể cả loài hoang dại và giống biến đổi gene, không có cây nào sống sót khi được trồng trên mặt đất. Cây thuốc lá phát triển chậm hơn mức bình thường, nhưng tốc độ tăng trưởng phục hồi ở các thế hệ sau. Cây thuốc lá có bộ gene dự phòng lớn hơn, nên có nhiều lợi thế tồn tại rõ rệt.
Khám phá này hứa hẹn mở ra nhiều hướng đi mới trong lĩnh vực nông nghiệp vũ trụ. Các nghiên cứu tương lai cần tìm hiểu sâu hơn về cách thức hạt giống nảy mầm trong điều kiện trọng lực nhỏ hơn nhiều so với Trái Đất.
Lê Hùng