在太空中是怎样养动植物的

作者:郑伟波 来源:《读者校园版》

  在地球上,只要把种子埋在土壤里,为它浇水,有合适的温度和阳光,它就能萌发。那么,在太空中种植植物具体是什么情况呢?中国科学院上海技术物理研究所研究员郑伟波为我们讲述了在太空中培养动植物的经历。

  我们未来去太空旅行或者移居太空的时候,会遇到什么问题?会遇到食物的问题,还有健康的问题。

  如果是短期太空旅行的话,食物可以由地面运上去;如果长期在太空中生活,就要在太空中种植各种植物、饲养各种动物,以满足人对食物的需求。

  太空是指地球大气层以外的宇宙空间。太空是真空环境,没有空气,宇宙辐射很强,同时还处于失重状态,和地球有很大的不同。那么如何在太空中养动植物呢?我们有机会在“天宫二号”“实践十号”和“天舟一号”上开展了一些生命实验。

  我先介绍一下如何在太空中种植植物。植物生长需要阳光、空气和水,而太空中没有空气,也没有水,它们都需要从地球上运过去。我们在“天宫二号”上种植了拟南芥和水稻,目的是研究微重力环境对植物生命节律的影响。

  实验的具体流程是这样的:火箭发射前,我们把生物样品拟南芥和水稻的种子放进一个装置里,再放到“天宫二号”上,随“天宫二号”发射入轨。在轨时,我们通过地面遥控启动实验,并让实验按照我们的要求开展。返回前,再把整个实验“冻结”起来,避免地面环境影响实验结果。

  在“天宫二号”上,水稻和拟南芥被放在植物培养箱中,培养箱的体积只有30cm×30cm×40cm大小。

  水稻和拟南芥要培养一年,而从地面带上去的水,每一个培养单元只有半瓶矿泉水的量,也就是300毫升左右,但这远远不够。于是,我们想到模仿地球大气圈的水循环的模式:地表水蒸腾,升入空中遇冷形成雨水,再落回地面。但是,在太空中构建水循環缺少一个环节,因为太空环境是失重状态,水形成后无法落回土壤。于是我们利用毛细现象,把搜集到的水通过毛细管再送回土壤。这样的水循环过程就可以满足植物一年的全生命周期生长需求。

  在地球上,把种子埋在土壤里,为它浇水,有合适的温度和阳光,它就能萌发。但在太空中,操作就非常复杂,因为太空中水和空气很难分离,水难以落进土壤,土壤里的空气也出不来,加多少水更是不好控制。种子萌发有两个条件:一是能够被水浸润,能够吸胀;二是能呼吸,如果种子全部浸没在水中,那它会被淹死。如何在太空中满足这两个条件,一直困扰着我们。

  后来我们想了一个办法:把水注入土壤后,然后通过毛细现象把水引走,让种子露出来呼吸,通过这种方式让种子萌发。但因为地球存在重力,这种方法很难在地球上验证。但通过我们的摸索,以及力学专家的计算,我们有了一定把握,计划在太空中试一下。

  2016年9月15日,拟南芥和水稻种子随“天宫二号”发射入轨,8天之后太空实验启动。那时我们的内心都忐忑不安,对种子究竟能不能萌发,我们的心里都没有底。

  实验启动5天后,拟南芥种子冒出一棵小芽;20天后,水稻的小芽也顶着一颗硕大的水珠冒了出来。那时我们真的非常开心,一颗悬着的心也放了下来。

  太空环境对植物有很多影响。比如,太空植物的花骨朵像满天星一样,比地球上植物的多很多。再比如,拟南芥在地球上一般只有四五十天的寿命,而“天宫二号”上的拟南芥在太空中生长了400多天,寿命长得多。科学家正在对这些现象做进一步的分析。

  除了植物栽培,我们还在太空中进行了细胞、胚胎的培养。

  胚胎由受精卵多次分裂而成,是生命的起点。胚胎的体外培养比细胞培养复杂,因为它更敏感,对环境的要求更高。在地球上,胚胎可以完成从分裂到着床、生出后代的过程,但没有人知道在太空中哺乳动物的早期发育过程能否完成。科学家想知道答案,因为今后无论是人类还是其他动物,胚胎发育是进行长期太空旅行所必须经历的过程。

  在太空中胚胎实验是怎么做的呢?首先要构建一个适合胚胎发育的、类似于小白鼠母体子宫的环境。这个环境非常苛刻,美国和日本科学家也做过类似的实验,但没有成功。而我们最终做成功了,这在世界上是首例,而且我们把胚胎在太空中的整个发育过程用显微图像记录了下来,这对科学研究非常有帮助。

  这个实验证明,在太空中能够完成小白鼠早期的胚胎发育。我们将太空中发育的囊胚植入小白鼠母体,结果真的生出了小白鼠。

  我们在“实践十号”卫星上还开展了一些其他的实验研究,比如放置了家蚕培养箱、植物培养箱、高级植物培养箱等。

  地球虽然是人类的家园,但我们终将要走出地球,跨向太空。所以,我们还会继续开展多种多样的太空生命探索研究,为人类的太空旅行做好准备。

上一篇:择校如择偶     下一篇: 野花孩子