在太空中是怎樣養(yǎng)動(dòng)植物的

在地球上，只要把種子埋在土壤里，為它澆水，有合適的溫度和陽光，它就能萌發(fā)。那么，在太空中種植植物具體是什么情況呢？中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究員鄭偉波為我們講述了在太空中培養(yǎng)動(dòng)植物的經(jīng)歷。

我們未來去太空旅行或者移居太空的時(shí)候，會(huì)遇到什么問題？會(huì)遇到食物的問題，還有健康的問題。

如果是短期太空旅行的話，食物可以由地面運(yùn)上去;如果長期在太空中生活，就要在太空中種植各種植物、飼養(yǎng)各種動(dòng)物，以滿足人對(duì)食物的需求。

太空是指地球大氣層以外的宇宙空間。太空是真空環(huán)境，沒有空氣，宇宙輻射很強(qiáng)，同時(shí)還處于失重狀態(tài)，和地球有很大的不同。那么如何在太空中養(yǎng)動(dòng)植物呢？我們有機(jī)會(huì)在“天宮二號(hào)”“實(shí)踐十號(hào)”和“天舟一號(hào)”上開展了一些生命實(shí)驗(yàn)。

我先介紹一下如何在太空中種植植物。植物生長需要陽光、空氣和水，而太空中沒有空氣，也沒有水，它們都需要從地球上運(yùn)過去。我們?cè)凇疤鞂m二號(hào)”上種植了擬南芥和水稻，目的是研究微重力環(huán)境對(duì)植物生命節(jié)律的影響。

實(shí)驗(yàn)的具體流程是這樣的：火箭發(fā)射前，我們把生物樣品擬南芥和水稻的種子放進(jìn)一個(gè)裝置里，再放到“天宮二號(hào)”上，隨“天宮二號(hào)”發(fā)射入軌。在軌時(shí)，我們通過地面遙控啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)，并讓實(shí)驗(yàn)按照我們的要求開展。返回前，再把整個(gè)實(shí)驗(yàn)“凍結(jié)”起來，避免地面環(huán)境影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

在“天宮二號(hào)”上，水稻和擬南芥被放在植物培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)箱的體積只有30cm×30cm×40cm大小。

水稻和擬南芥要培養(yǎng)一年，而從地面帶上去的水，每一個(gè)培養(yǎng)單元只有半瓶礦泉水的量，也就是300毫升左右，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。于是，我們想到模仿地球大氣圈的水循環(huán)的模式：地表水蒸騰，升入空中遇冷形成雨水，再落回地面。但是，在太空中構(gòu)建水循環(huán)缺少一個(gè)環(huán)節(jié)，因?yàn)樘窄h(huán)境是失重狀態(tài)，水形成后無法落回土壤。于是我們利用毛細(xì)現(xiàn)象，把搜集到的水通過毛細(xì)管再送回土壤。這樣的水循環(huán)過程就可以滿足植物一年的全生命周期生長需求。

在地球上，把種子埋在土壤里，為它澆水，有合適的溫度和陽光，它就能萌發(fā)。但在太空中，操作就非常復(fù)雜，因?yàn)樘罩兴涂諝夂茈y分離，水難以落進(jìn)土壤，土壤里的空氣也出不來，加多少水更是不好控制。種子萌發(fā)有兩個(gè)條件：一是能夠被水浸潤，能夠吸脹;二是能呼吸，如果種子全部浸沒在水中，那它會(huì)被淹死。如何在太空中滿足這兩個(gè)條件，一直困擾著我們。

后來我們想了一個(gè)辦法：把水注入土壤后，然后通過毛細(xì)現(xiàn)象把水引走，讓種子露出來呼吸，通過這種方式讓種子萌發(fā)。但因?yàn)榈厍虼嬖谥亓Γ@種方法很難在地球上驗(yàn)證。但通過我們的摸索，以及力學(xué)專家的計(jì)算，我們有了一定把握，計(jì)劃在太空中試一下。

2016年9月15日，擬南芥和水稻種子隨“天宮二號(hào)”發(fā)射入軌，8天之后太空實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)。那時(shí)我們的內(nèi)心都忐忑不安，對(duì)種子究竟能不能萌發(fā)，我們的心里都沒有底。

實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)5天后，擬南芥種子冒出一棵小芽;20天后，水稻的小芽也頂著一顆碩大的水珠冒了出來。那時(shí)我們真的非常開心，一顆懸著的心也放了下來。

太空環(huán)境對(duì)植物有很多影響。比如，太空植物的花骨朵像滿天星一樣，比地球上植物的多很多。再比如，擬南芥在地球上一般只有四五十天的壽命，而“天宮二號(hào)”上的擬南芥在太空中生長了400多天，壽命長得多?？茖W(xué)家正在對(duì)這些現(xiàn)象做進(jìn)一步的分析。

除了植物栽培，我們還在太空中進(jìn)行了細(xì)胞、胚胎的培養(yǎng)。

胚胎由受精卵多次分裂而成，是生命的起點(diǎn)。胚胎的體外培養(yǎng)比細(xì)胞培養(yǎng)復(fù)雜，因?yàn)樗舾?，?duì)環(huán)境的要求更高。在地球上，胚胎可以完成從分裂到著床、生出后代的過程，但沒有人知道在太空中哺乳動(dòng)物的早期發(fā)育過程能否完成?？茖W(xué)家想知道答案，因?yàn)榻窈鬅o論是人類還是其他動(dòng)物，胚胎發(fā)育是進(jìn)行長期太空旅行所必須經(jīng)歷的過程。

在太空中胚胎實(shí)驗(yàn)是怎么做的呢？首先要構(gòu)建一個(gè)適合胚胎發(fā)育的、類似于小白鼠母體子宮的環(huán)境。這個(gè)環(huán)境非?？量?，美國和日本科學(xué)家也做過類似的實(shí)驗(yàn)，但沒有成功。而我們最終做成功了，這在世界上是首例，而且我們把胚胎在太空中的整個(gè)發(fā)育過程用顯微圖像記錄了下來，這對(duì)科學(xué)研究非常有幫助。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明，在太空中能夠完成小白鼠早期的胚胎發(fā)育。我們將太空中發(fā)育的囊胚植入小白鼠母體，結(jié)果真的生出了小白鼠。

我們?cè)凇皩?shí)踐十號(hào)”衛(wèi)星上還開展了一些其他的實(shí)驗(yàn)研究，比如放置了家蠶培養(yǎng)箱、植物培養(yǎng)箱、高級(jí)植物培養(yǎng)箱等。

地球雖然是人類的家園，但我們終將要走出地球，跨向太空。所以，我們還會(huì)繼續(xù)開展多種多樣的太空生命探索研究，為人類的太空旅行做好準(zhǔn)備。