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《少年科学画报》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

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承载人类梦想的太空育种

2018-02-27 16:14:00

  太空的环境非常恶劣,低温、真空、强辐射,不论哪一项都是对生命的致命威胁,但偏偏有人就要在太空中孕育生命。他们可不是心血来潮做傻事,他们绝对是认真的!

  我们都知道,人要想生存下去,水、食物和氧气是不可缺少的要素。那么整天生活在宇宙飞船里的航天员们要存活下去,他们的水、食物和氧气的来源在哪里呢?

  也许你会觉得,船舱那么大,他们可以在里面种点植物。慢慢地,水、植物和氧气就循环起来了呢。也确实有一些小说和影视作品用到这种想法,比如在电影《太阳浩劫》中,飞船内种植的蔬菜、水果可以为航天员们提供营养补给,也可以提供用于呼吸的氧气。

  想法很不错,但现实很残酷。在真正的航天活动中,航天飞行的载重需要精确计算,植物生长所必需的水是紧俏资源,而飞行中化学燃料燃烧需要的氧也是自带燃料中的一部分。把这些资源分给航天员使用,要比带植物上天,并且为它们供水、供氧更为经济划算。

  不过,有的宇宙飞船和空间站确实携带甚至种植了一些植物,但它们的作用并不是为了改善空气,也不是为了给航天员们提供食物,而是为了太空育种。当然,如果这些植物能吃的话,航天员们也许还是很乐意尝一尝的。

  接受太空的考验

  地球上所有的生命,无论是动物还是植物,它们的外形、体格等特征都是由“基因”决定的。基因中最关键的是脱氧核糖核酸(DNA),它们无法被肉眼看见,而且十分脆弱。在通常的条件下,它们被层层保护起来,很少能直接接收到来自外界的刺激。但是太空里有各种各样的宇宙辐射,这些辐射可以穿透DNA 的层层保护,破坏它的结构,或是让它的结构发生变化,从而改变这个生命个体的基因(基因变异)。

  在太空进行植物的育种,就是利用太空中低重力、高真空、高辐射的特殊条件,让植物的基因发生变异。也许从此它的个头会变得很大,或是会结出比普通种类多得多的果实,也许它还会有更加美丽的色彩。这些改变后的植物可能更好吃、更好看、更适宜某种环境,从而受到大家的欢迎。

  因为宇宙中的辐射无处不在,所以被照射到的DNA 也会发生随机的改变,我们无法判断哪个基因被改变了,也不知道它的改变会对植物产生什么影响。可能植物反而会变得更小、更丑,结的果实更少。所以,太空育种中最重要的是对这些植物进行筛选,把不符合我们期望的植物剔除出去,留下对我们有用的植物。而从种子被发射到太空,经受辐射,再返回地球,到最后培育和筛选出适合种植的品种,大概需要4 年到6 年的时间。

  在太空播种幸福花

  1946 年7 月9 日,美国第一次把“特别开发的种子菌株”带到了距地面134 千米的高空,这也是最早前往宇宙空间的生物。同一年,玉米种子也上了天,而且还成功地回到了地面,后来黑麦和棉花的种子也上天了。不过,它们跟后来上天的小球藻相比,实在是小儿科,因为它们并没有进入到宇宙空间中。

  1961 年,世界上第一艘载人飞船“东方一号”发射升空,它带上了小球藻这种生物。小球藻可是与伟大的航天员加加林结伴而行的。

  1971 年,美国的“阿波罗14 号”飞船一口气带了500 粒树种,绕着月球飞了24 圈,又把它们带回来种在了地球上。但是这些长大的树并没有长得“出人意料”,它们与其他的同种树木并没有什么不同。不过,它们也许算是太空育种的开端了。

  在苏联的“礼炮号”空间站里,航天员们还陆续种植了郁金香、兰花和拟南芥,据说长势不错呢。

  现在的国际空间站上就更热闹啦。除了豌豆、大蒜、西葫芦这些可以吃的植物,还种植了百日草和向日葵这些花草,它们算是为国际空间站点缀了一些地球独有的色彩。

  个人一小口,人类一个梦

  2015 年8 月10 日,这对于国际空间站上的航天员来说,有点不一样,因为他们品尝到了收获的喜悦。

  美国航天员林德格林用镊子采摘了一些生菜,他仔细地把菜叶放在托盘上,然后用纸巾擦了擦,并把这些擦干净的生菜放到一个袋子里,交给了其他航天员品尝。他们甚至还用橄榄油和醋拌了拌,表示“味道好极了”。

  如此说来,在以后的长时间太空旅行里,航天员不仅可以吃到从地球带上去的食物,还可以自己种菜吃。甚至在探索其他星球的时候,如果条件允许,比如有了水和空气,也可以像电影《火星救援》那样开辟太空农场。这就给太空移民提供了更多的可能性。毕竟,他们不可能永远只依赖从地球运送过去的现成的食物。

  太空中也能吃到中国菜

  我国对太空种植和育种的研究也有令人骄傲的成果。位于陕西西安的航天基地航天育种科技产业示范园,种植了曾经搭载过神舟七号、八号、九号、十号飞船的小麦、荞麦、扁豆、辣椒、番茄等19 类作物,选育了40 多个品系,并进行推广种植。太空南瓜、太空五彩椒等80 余种蔬菜、花卉的太空品种已经在很多地方开展了栽培繁衍。

  2014 年,北京航空航天大学的实验舱“月宫一号”里成功进行了为期105 天的月球基地生命保障系统的模拟,在地面上模拟了月球基地的运转。“月宫一号”由一个综合舱和两个植物舱组成,氧气和水都可以循环再生。实验员们在“月宫一号”里种植了生菜、油麦菜、紫背天葵和苦菊4 种蔬菜,午餐时可以吃到自己种的新鲜蔬菜。相信这种模式在未来可以真正推广到月球,甚至其他星球上去。

  用蓝藻改造外星大气

  种植在太空中的这些植物,虽然目前有那么一丁点儿可以达到食用的级别了,但是距离满足人类温饱还远远不够。如果想要把它们种植到其他星球上,甚至改造其他星球的大气,还要走很长的一段路。例如,在电影《火星救援》里,因为火星上大气稀薄,缺乏植物生长所必需的水和氧气,所以火星上的土豆只能生长在供氧舱里。

  那么,未来在外星种下的植物会不会有“出舱”的一天?随着人类科技的发展,这一天肯定会到来。但是,生长在外星的植物必须要首先适应外星严酷的无氧环境,也许只有像地球上生命的祖先蓝藻那样生命力强大的生物才可能生存下来。而等到产生足够的氧气,也许已经过去了几百万年。

  这种方法效率太低,所以必须配合其他手段才能改造外星的大气。不过,目前国际空间站上已经开展了蓝藻实验,科学家想要通过一个微型温室测试这些藻类是否能够生长,同时也测量宇宙射线和太阳辐射会对藻类带来什么样的威胁。如果这项实验获得成功,我们就有可能为在火星播种蓝藻创造条件。

  前途是光明的,道路是曲折的,相信终有一天,我们在太空中繁育的这些植物能够让人类实现远距离星际航行甚至移民外星球的梦想。

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