Nấm có thể giúp biến đất đá sao Hỏa thành giá thể trồng cây ra sao?

Regolith trên sao Hỏa không phải đất trồng theo nghĩa quen thuộc: vật liệu này nghèo những dưỡng chất quan trọng như nitơ, kali và phospho. Một hướng đang được xem xét là đưa nấm có lợi vào hệ thống canh tác, để mạng sợi nấm hoạt động như phần nối dài của rễ, giúp cây tiếp cận dinh dưỡng và chịu các điều kiện bất lợi tốt hơn. [1]

Ý tưởng này không có nghĩa nấm sẽ tự biến đá vụn thành đất màu mỡ. Vai trò khả dĩ của chúng hẹp hơn nhưng đáng chú ý: hỗ trợ huy động những chất thiết yếu trong giá thể, cải thiện khả năng hấp thu của cây và góp phần tạo một hệ vi sinh vật được thiết kế cho môi trường ngoài Trái Đất. Trở ngại lớn là phần lớn đánh giá hiện nay chưa dựa trên thử nghiệm với regolith thật từ Mặt Trăng hoặc sao Hỏa. [1]

Vì sao regolith chưa thể dùng như đất trồng?

Một cây trồng không chỉ cần chỗ để rễ bám. Nó còn phải lấy được các nguyên tố cần cho quá trình sinh trưởng. Bài tổng quan do nhóm nghiên cứu tại Mỹ và Brazil thực hiện đặc biệt chú ý đến tình trạng thiếu nitơ, kali và phospho trong regolith Mặt Trăng và sao Hỏa. Vì vậy, chỉ đổ vật liệu bề mặt này vào một bể chứa rồi gieo hạt chưa đủ để hình thành một hệ canh tác ổn định. [1]

Cần phân biệt sự hiện diện của một nguyên tố với khả năng cây hấp thu được nguyên tố đó. Một chất có thể nằm trong vật liệu nhưng ở dạng rễ khó tiếp cận. Khi nghiên cứu nói đến việc nấm “huy động” chất dinh dưỡng, ý chính là làm cho nguồn chất sẵn có trở nên dễ tiếp cận hơn trong hệ thống. Nấm không tạo ra nitơ, kali hay phospho từ hư không, nên những thiếu hụt thực sự vẫn phải được xử lý bằng thiết kế canh tác phù hợp. [1]

Mạng nấm nối dài bộ rễ như thế nào?

Nhóm được chú ý nhiều là nấm rễ cộng sinh arbuscular, thường viết tắt là AMF. Chúng tạo quan hệ gần gũi với rễ cây. Các sợi nấm rất nhỏ lan ra ngoài phạm vi mà rễ tự vươn tới, nên có thể hình dung chúng như một phần mở rộng của mạng lưới thu nhận dinh dưỡng. Nhờ đó, cây có thêm con đường để tiếp cận các nguồn chất phân tán trong giá thể. [1]

Quan hệ này có ý nghĩa đặc biệt khi vật liệu trồng nghèo dinh dưỡng. Nếu chỉ dựa vào rễ, cây phải khai thác một môi trường vốn đã hạn chế. Mạng sợi nấm làm tăng khả năng tiếp xúc giữa hệ rễ và giá thể, từ đó có thể hỗ trợ hấp thu hiệu quả hơn. Bài tổng quan cũng nêu Trichoderma cùng các loài AMF thuộc Glomeromycota như những nhóm nổi bật về tiềm năng hỗ trợ cây. [1]

Nấm còn giúp cây đối phó điều kiện bất lợi ra sao?

Thiếu dinh dưỡng chỉ là một dạng stress phi sinh học, tức tác động bất lợi không do sinh vật gây ra. Các loài nấm được xem xét đã từng cho thấy khả năng hỗ trợ cây phát triển và hấp thu dinh dưỡng trong những điều kiện như vậy. Đây là lý do chúng được quan tâm cho nông nghiệp không gian: một cây sống trong giá thể khắc nghiệt cần vừa tìm được nguồn chất hạn chế, vừa duy trì khả năng sinh trưởng. [1]

Tác dụng tiềm năng không chỉ nằm ở từng cây riêng lẻ. Các nhà nghiên cứu cho rằng nấm có thể tác động tích cực đến hệ vi sinh vật được chủ động đưa vào một giá thể vốn không thuận lợi cho sự sống, đồng thời có khả năng cải thiện một số đặc tính vật lý và hóa học của giá thể. Tuy nhiên, đây vẫn là hướng ứng dụng được đề xuất, chưa phải kết quả đã chứng minh trong một trang trại trên sao Hỏa. [1]

Vì sao kinh nghiệm trên Trái Đất chưa đủ?

Nấm có lợi đã được nghiên cứu trong thực vật học từ lâu, còn một số loại nấm liên quan cũng từng được sử dụng trên Trạm Vũ trụ Quốc tế. Những kinh nghiệm ấy giúp các nhà nghiên cứu lựa chọn ứng viên và đặt câu hỏi thực nghiệm. Chúng không tự động chứng minh rằng cùng một quan hệ cộng sinh sẽ hoạt động hiệu quả khi cây được trồng trong vật liệu lấy trực tiếp từ Mặt Trăng hoặc sao Hỏa. [1]

Giá thể mô phỏng và các vật liệu thay thế hữu ích ở giai đoạn ban đầu vì cho phép khảo sát có kiểm soát. Dù vậy, kết quả trên vật liệu thay thế có thể chưa phản ánh đầy đủ cách nấm, rễ và khoáng chất tương tác trong regolith thật. Bài tổng quan vì thế xác định thử nghiệm trực tiếp với regolith Mặt Trăng và sao Hỏa là bước quan trọng trước khi đánh giá khả năng ứng dụng. [1]

Nấm sẽ giữ vai trò nào trong một hệ trồng cây?

Nếu phương pháp này hoạt động, nấm sẽ là một mắt xích trong hệ canh tác chứ không phải giải pháp duy nhất. Chúng có thể giúp cây khai thác dinh dưỡng hiệu quả hơn và giảm tác động của stress phi sinh học. Nhưng hiệu quả cuối cùng vẫn phụ thuộc vào việc giá thể có những chất gì, các chất ấy ở dạng nào và loài nấm được chọn có hình thành quan hệ phù hợp với cây trồng hay không. [1]

Giá trị thực tế của hướng nghiên cứu nằm ở khả năng giảm phần nào sự phụ thuộc vào thực phẩm vận chuyển từ Trái Đất. Muốn đạt mục tiêu đó, cây trồng ngoài Trái Đất phải cho sản lượng đủ lớn và ổn định, không chỉ sống sót trong một thử nghiệm ngắn. Nấm cộng sinh đem lại một cơ chế sinh học đáng khảo sát để tiến gần mục tiêu ấy, nhưng bằng chứng quyết định sẽ phải đến từ những thử nghiệm trên đúng loại vật liệu mà hệ canh tác tương lai dự định sử dụng. [1]