今回は、宇宙で植物を育てるという夢のような世界に少しずつ近づいていることを示す研究を紹介します。
私たちが宇宙へ移り住むためには、いくつかの大きなハードルを越えなければなりません。
その1つが、何を食べるかということです。
宇宙食でよく見るフリーズドライ食品ばかりをいつまでも食べていられるわけではありませんし、
おなかがすくたびに地球に電話して、テイクアウトを火星に送ってもらうのは、決して安くはありません。
そこで、1980年代から科学者たちは、月や火星で植物を育てることができればと、宇宙での植物の育て方を研究してきました。
しかし、映画やスペースファンタジーからイメージするように、他の惑星で植物を育てることは、想像以上に難しいことでした。
宇宙での植物の役割
もし、宇宙で植物を育てることができれば、未来の宇宙飛行士は、安定した食料供給だけでなく、さまざまな植物の恵みを受けることができます。
植物は、繊維や有益な化学物質などの材料を供給してくれる他、地球の空気や水を循環させる手助けもしています。
あるいは、暗くて機械だらけの環境に明るさや彩り、元気を与えてくれる存在になるかもしれません。
パンデミックによる外出制限の私たちがどれだけ植物に元気をもらったか考えてみてください。
宇宙での植物栽培への取り組み
宇宙飛行士が宇宙で初めて育てた植物の1つがシロイヌナズナです。
シロイヌナズナは、キャベツや大根の親戚で、アブラナ科の植物です。
シロイヌナズナは、人工授粉が可能で、染色体数が少なく、DNAサイズも比較的小さく、1世代のライフサイクルが短いため、植物学の材料としては研究しやすいモデルとして好まれています。
シロイヌナズナが初めて宇宙で栽培されたのは、1982年、ロシアの宇宙ステーション「サリュート7号」に搭載されたとき。
国際宇宙ステーションに滞在するNASAの宇宙飛行士も、「ベジ」と呼ばれる野菜生産システムを使って、その後さまざまな食品を栽培しています。
白菜、レッドロメインレタス、水菜、ミニチンゲン菜など、安心して食べられる野菜が収穫されています。
NASAの高度な植物生息地による栽培実験
NASAには、「ベジ」の完全自動化バージョンである「高度な植物生息地（APH）」も搭載されています。
これは、センサーやカメラ、照明、水やガスの蓄えを利用して、密閉された部屋内の水やり、温度管理、酸素や二酸化炭素の濃度を自動的に監視・制御することができるものです。
この「植物栽培施設」を使って、宇宙飛行士はこれまでに矮性（わいせい）小麦や、2021年には食用ピーマンを栽培することができました。
これらの栽培実験は、宇宙環境における植物の生育について、科学者に多くのことを教えてくれるとても重要なものです。
重力がなくても植物の根は下に伸びた
例えば、重力の話です。
国際宇宙ステーション（ISS）は自由落下のため、微小重力状態にあります。
月の重力は地球の6分の1、火星はもう少しありますが、それでも地球の62%程度です。
そこで研究者が最初に調べたのは、植物の根は重力がなくても下に伸びていくのかということでした。
その結果、植物は強い光を頼りに、新芽は光に向かって伸び、根は光から遠ざかっていくことがわかりました。
どうやって植物への水分を調節するか
しかし、重力のない環境は、植物にさまざまな障害をもたらします。
重力が少ないということは、植物の根の周りで水が奇妙な動きをすることを意味します。
微小重力下では、水が玉となり、根を取り囲んでしまうのです。
観葉植物に水をやりすぎたことがある人はご存じかもしれませんが、植物にとって水のやりすぎはよくありません。
そのため、ISSの植物は粘土の塊の中で育ちます。
粘土の隙間に十分な水分とわずかな空気が閉じ込められるので、根は水浸しになることなく水分を吸収することができるのです。
月の過酷な環境で発芽した植物
実際のところ、ハイテクな宇宙ステーションで植物を育てることと、月や惑星の表面で育てることは別の話です。
中国の月探査機「嫦娥4号（じょうが4ごう）」に搭載された綿の種が月の裏側で芽を出したのは、2019年になってからだった。
この魔法瓶サイズのふた付き容器には、綿花の種のほか、ジャガイモ、菜種、酵母、ミバエの卵、そして昔から植物のモデル生物として人気のある植物のショウジョウバエ「シロイヌナズナ（アラビドプシス）」が入っていました。
植物が酸素を吐き出し、ミバエが作った二酸化炭素を取り込み、酵母が二酸化炭素と酸素の濃度を調整。
つまり、この容器だけで、小さな生物圏が営まれているのです。
宇宙で植物を育てるための課題
容器には温度調節機能がついており、地上からの指示で植物に水を与える仕組みになっていました。
用意されたさまざまな種子のうち、確実に発芽したのは綿花だけで、しかもその寿命はかなり短かったのです。
ミニ生物圏の温度コントロールがうまくいかず、植物たちはマイナス190℃の月夜にさらされたのです。
しかし、研究者たちは、この超短期間の実験から、植物、少なくとも綿の種は月の過酷な条件下でも発芽することができるということを学びました。
宇宙ステーションは厳密には宇宙にありますが、地球から約400キロしか離れておらず、月の極端な温度や宇宙放射線などを遮断し、かなり制御された環境にあります。
そのため、容器を月面に着陸させる前に、宇宙の本当の状況をシミュレーションするのはとても難しいことでした。
この実験は計画通りにはいきませんでしたが、生物たちが自立したミニ生物圏で共存して生きていけるかどうかを確認するには何が足りなかったのかをこれによって学べれば、科学者が将来、より回復力のある植物環境を作るのに役立つかもしれません。
植物への遺伝子操作の可能性
植物を適した環境に置くだけでなく、植物そのものを宇宙の厳しい環境に対して強くする方法も研究する必要があります。
その方法の1つが、遺伝子操作です。
植物のDNAに手を加えることで、宇宙飛行のストレスに耐えられるようにしたり、低酸素状態でもよく育つようにしたり、根を短くして狭いスペースに多くの植物を植えられるようにしたりすることができるのです。
さらに、月や火星の土壌で育つように植物を遺伝子工学的に改良することもできるかもしれません。
そもそも綿の種が発芽した理由のひとつは、地球でより丈夫で害獣に負けないように遺伝子操作されたからかもしれません。
科学者たちはすでに、月や火星でトマトのような植物を育てています。
実際の惑星での栽培にはまだ遠いかもしれませんが、人類にとっては小さな一歩です。
将来、私たちは赤い惑星に行く途中で宇宙野菜を食べることになるかもしれませんね。