太空中看生命开花结果

左右两边的地面上有植物，中间是太空植物。太空植物中有更多的花和骨骼(图/数据来自中国科学院)

左上是“练习10号”，左下是“天舟1号”，右上右下是“天宫2号”(数据图)

在天宫2号上种草，在天州1号上培养细胞。

看过电影《漫游地球》后，许多人可能会想象生活在外太空会是什么样子。至少我们可以想象，如果条件真的成熟，当我们在太空旅行很长一段时间后，未来会发生什么。

科学家实际上已经思考了很长时间。他们也一直在尝试做各种各样的实验来发现外层空间生命的繁殖和发展。因为短期旅行可以从地面带来食物，长期太空旅行必须考虑在太空中种植各种植物和培养各种动物，以满足人们对食物的需求。

近日，中国科学院上海技术物理研究所研究员郑伟波应邀参加中国科学院“自我讨论论坛”，分享“天宫二号”、“实践十号”和“天舟一号”空间生命实验的故事。在他的描述中，我们可以理解植物的种子如何在太空环境中发芽，以及它们如何开花结果，与地球上的不同。也有可能知道动物胚胎是否能在太空环境中正常发育和生长。

植物

拟南芥花在太空舱里开得更多

几年前，我们收获了相对成熟的“太空种子”。

中国航天工业公司航天育种中心与中国农业科学院和中国科学院合作，筛选出一些优良种子，如大田作物、蔬菜、花卉和中药。在中国返回卫星上飞行5-7天后，它将返回地面。它将在地面上种植4-5年，然后选择特殊的“太空种子”。根据太空育种原理，这些植物种子在宇宙辐射、微重力、弱地磁、高真空和低温的共同作用下发生了基因突变。回到地面后，经过特殊培育和筛选，形成优势明显的新品种。今天的成功栽培包括甜椒、胡椒、西红柿、南瓜、西瓜、油菜等。这里所说的“成功”主要是指可以根据需要选择最合适的品种。例如，“空间5”的弱筋小麦适合做蛋糕，“空间6”的强筋小麦适合做面条和饺子。还有一种茄子，它会刻意选择不长但结果多的品种，这样就可以收获更多的茄子皮来生产治疗冠心病的药物。

然而，这些“太空种子”只是在休眠状态下“走过”了外层空间，并没有在外层空间发芽或生长。这一次，郑维波分享了在太空环境中发芽生长的植物，以拟南芥和水稻为主要实验对象。

拟南芥，又称拟南芥和拟南芥，属于十字花科，是一种自花授粉植物。科学家称之为“植物中的果蝇”，因为它的基因高度纯合，突变率很高，很容易获得各种代谢功能缺陷，是进行基因研究的良好材料。

郑维波说，在地面上，种子被埋在土壤里并浇水。在适当的温度和阳光下，它可以发芽。但是这个过程在太空环境中操作起来非常复杂。这里提到的空间是指地球大气层以外的空间。这里是真空环境，没有空气，没有水，宇宙辐射也很强，同时还处于失重状态，环境和地球非常不同。

为了研究微重力环境对植物生命节律的影响，研究人员首先将水稻和拟南芥种子放入高等植物培养箱，并在航天器进入太空后开始“解冻”，让种子开始其生命周期。通常水稻和拟南芥需要种植一年才能完成一个周期。在此期间，种子必须浇水，施肥，保证空气流通，阳光照射。阳光问题可以在孵化器中解决。然而，在太空中，水和空气很难分开。当种子被带到太空的水浇灌时，水很难落入土壤中，土壤中的空气不能循环，种子中的水分含量更难控制。研究人员首先将水注入土壤，浸泡种子，然后利用“毛细现象”将水抽走，并通过毛细管将回收的水返回土壤，从而完成水循环，既保证了水和空气的循环，又不浪费水，满足了植物一年的整个生命周期的栽培需要。

2016年9月15日，拟南芥和水稻种子与天宫二号一起被送入轨道，太空实验于八天后发射。郑维波说:“一开始我们都很不安，但是实验开始五天后，拟南芥种子发芽了。20天后，水稻的小芽也随着一大滴水出现了。那时候，我们真的很开心，一颗悬着的心终于下来了。”

后来他们继续观察并发现植物确实可以在太空中生长和发育，但是太空环境确实对植物有许多影响。例如，从表面上看，太空植物比陆地植物有更多的花，就像满天星一样。此外，拟南芥在地面上的寿命一般只有40到50天，而天宫二号上的拟南芥在太空中已经生长了400多天，寿命更长。原因有待科学家进一步研究和分析。

动物

实验舱里的老鼠胚胎最终变成了老鼠。

事实上，在太空技术的发展中，许多小动物被送到太空进行实验。起初，它是为了研究宇航员进入太空后可能遇到的各种情况，例如，最著名的是一只名叫“徕卡”的狗。它于1957年乘坐苏联的宇宙飞船进入太空，但是徕卡致力于太空工业，因为当时苏联不会收回卫星发射器。1961年，一只名叫“赫拉特”的老鼠乘坐一艘法国宇宙飞船飞入太空，并成为“第一只造访太空的动物”，因为它最终安全返回地面。

今天的太空动物实验早已不仅仅是一个安全返回的问题。科学家认为，在未来，无论是人类还是其他动物，在长期的太空旅游中，胚胎发育都将是不可避免的经历。因此，除了植物培养，研究人员还在太空中进行细胞和胚胎培养。

胚胎是生命的起点。它是由受精卵分裂多次形成的。在地面上，胚胎可以在适当的条件下成功地完成从分裂到植入和后代生长的过程，但是哺乳动物能在太空中成功地完成早期发育过程吗？应该注意的是，胚胎的体外培养比细胞培养更复杂，因为它更敏感并且需要更高的环境。美国和日本的科学家也做过类似的实验，但是没有成功。

然而，中国研究人员在实验舱进行的动物胚胎实验证明，小鼠的早期胚胎发育可以在太空中完成。

他们首先模拟并构建了一个适合胚胎发育的环境，类似于母鼠的子宫。然后，在火箭发射前八小时，他们将“解冻”的小鼠胚胎样本放入这个具有合适生长环境的实验装置中。最后，他们和卫星一起进入太空，并用高显示设备记录了整个过程。发展的每一个细节都用显微图像记录下来，这样每个人都能看得很清楚。

人们可以看到，宇宙飞船进入轨道后，老鼠的细胞胚胎开始在太空中从两个细胞分裂成四个细胞和八个细胞...最后逐渐分裂成胚泡。然而，发展过程仍然受到空间环境的影响，科学家仍在进行进一步的基因组分析。然而，他们相信这个胚胎发育过程是成功的。因为在地面实验中，他们曾经将胚胎在这个特殊的培养箱中发育成的胚泡植入老鼠的母亲体内，最后实际上培育出老鼠。当然，这还需要进一步的实验来验证。

此外，研究人员还在“实践10”和“天舟1号”上进行了一些干细胞空间实验。干细胞的研究非常重要，因为这种神奇的细胞不仅能实现自我复制，还能分化成各种功能细胞，如心脏细胞和构成人体各种器官的其他细胞。因此，研究人员想知道干细胞是否也能在太空中正常增殖和分化。

在“练习10”干细胞箱中，主要进行造血干细胞和神经干细胞在空间中的增殖和分化实验。研究人员发现，太空中的神经干细胞在脱离重力约束后变得非常活跃。它们生长各种轴突，并利用它们来抓住细胞，形成神经组织。郑维波说:“这种现象非常奇妙。我们在实地做了许多比较实验，但没有看到这种现象。”

另一方面，骨细胞和其他干细胞的发育实验主要在“天舟一号”上进行。对骨细胞的研究是为了了解宇航员在太空中可能患有骨质疏松症的原因。其他干细胞包括分化为心肌细胞、肝干细胞或生殖细胞等的胚胎干细胞。它们是否能在太空中成功完成。

郑维波说，探索太空生命的方法主要有两种:一种是用各种探测方法来监测太空中的细微变化，显微镜就是其中之一；第二是将动物、植物或细胞的太空实验样本带回地面，供科学家进一步分析。研究人员一直在进行这些实验。他们相信人类最终会走出地球，在未来进入宇宙。所谓“军队没有动，粮食和饲料放在第一位”。未来，人类将需要进行更加多样化的空间生命探索和研究。