月球土豆啥味道？

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月球上的微生态系统:在月球上种植土豆

尽管这看起来像一个只有3公斤重、体积不到1升的隔热饭盒，但它肩负着一项光荣而神圣的任务:在月球上种植土豆。虽然负载不大，但有许多部件。这个装载箱装有一套半导体温控设备，装载一些培养基(土壤)、水、空气、马铃薯种子、拟南芥种子、棉花种子、一些微生物(酵母等)。)和果蝇卵。值得一提的是，这个罐子的顶部还有一个太阳能管，它可以通过光纤将嫦娥四号外表面接收到的阳光传输到负载中。

它是如何工作的？在从发射到月球坠落的这段时间里，温度控制设备将把里面的负载控制在较低的温度，土壤也将保持干燥，使植物种子和卵子处于休眠状态。当嫦娥四号在月球表面着陆，太阳能电池板正常打开时，温度控制系统会将负载中的“土壤”和空气调节到合适的温度，并向土壤中释放水分以刺激植物发芽。在植物生长过程中，导入负载的阳光将起到促进光合作用的作用，光合作用中产生的氧气可用于供应动物、植物和微生物的呼吸过程。植物生长过程中产生的枯枝和枯叶会被微生物分解。微生物及其代谢产物也可以成为蛆宝宝出生后的食物来源。在这个过程中，微生物和蛆宝宝(以及成年果蝇)将继续通过呼吸释放二氧化碳，这反过来又可以为植物的光合作用提供原材料。动物、植物和微生物的发育和生长形成一个微小的闭环系统。在整个实验过程中，负载中的监控摄像头将不断向地球发回照片，这也将是第一次实时观察地球上其他星球上作物的生长情况。(根据最新消息，向土壤中加水的步骤已经成功，正在等待植物发芽。)

微生态系统测试负荷(图片来源:新浪新闻)

作为一项无人参与的实验任务，这种负载当然不会携带太多的水和空气。也是因为这个原因，实验计划在果蝇幼虫出生、土豆和拟南芥发芽开花后结束。(作者抱怨道:在月球上养蛆仍然是一种非常特殊的经历。。这个过程将持续大约三个月。然而，即使实验进展顺利，我们最终也不会收获月球上种植的土豆。因此，想吃月球土豆的同志们需要保持冷静，等待下一阶段的载人登月任务。

在宇航员真正登上月球之前，他们在月球表面摸索各种农业生产，这也反映了中国“农业大国”的特点。然而，嫦娥四号并不是中国第一次在地球表面之外进行生命科学实验。中国空间生命科学实验的先驱是几年前发射的Praxis-10卫星。

实践10卫星:哺乳动物胚胎在太空中发育

2014年，中国对一颗未使用的*返回侦察卫星进行了适应性改造，增加了一个温度控制系统、减震系统和辐射控制系统，使其能够进行微重力生命科学实验。在卫星的返回舱中，搭载了由上海生命科学研究所、动物研究所、遗传与发展研究所、上海技术与物理研究所、浙江大学和其他单位开发的九个生命科学实验有效载荷。

(照片来源:中国科学院)

在这次不到两周的轨道飞行任务中，中国研究人员取得了非常可喜的成果。中国科学院动物研究所主办的“微重力条件下哺乳动物早期胚胎发育研究”的有效载荷是世界上第一次在空间微重力条件下观察小鼠早期胚胎体外发育从双细胞到胚泡的全过程。在另一个由动物领导的研究项目中，研究人员首次发现，小鼠造血干细胞在太空微重力环境下的增殖和分化与地面实验明显不同。在高等植物的太空培养实验中，上海植物生理生态研究所的研究人员也收获了第一朵在太空开花的拟南芥花。

练习10部分负荷任务介绍(图片来源:中国知网)

然而，实事求是地说，作为中国第一个真正的空间生命科学实验(原始的那种近乎形而上学的空间辐射育种不算)，这些实验在10日进行的实践并没有达到一个惊人的水平。大多数实验仍在利用失重环境在特殊条件下培养细胞和组织，并在低地球轨道上用显微镜观察细胞形态，大多数项目仍旨在收集随卫星返回的生物样本。其中，一些负载设备的技术水平还比较有限。可在轨测量的数据基本上只是明场/低功率荧光显微镜拍摄的图像，加载操作的自动化水平仍略显不足。然而，对于高度依赖分子生物技术的现代生命科学研究来说，这远远不够。

天舟一号:空间生物学实验技术的新台阶

我国的科研人员并没有就此止步。在2017年成功完成天舟一号货船/天宫二号空间实验室任务期间，运载了一些技术上改进的生命科学实验有效载荷。值得注意的是，在天州1号和天宫2号上，除了植物生长长期观察实验(由上海科学院植物研究所牵头，天宫2号参与进行)和肝干细胞发育分化实验(由中国科学院动物研究所牵头，天州1号进行)外，还有许多其他单位进行的生命科学实验。这包括由西北工业大学、清华大学、浙江大学、香港浸会大学、解放军军事医学科学院和中国科学院动物研究所联合完成的骨细胞定向分化实验，以及由北京理工大学牵头的空间微流控芯片生物培养和分析实验(均在天舟1号上进行)。

由于执行这一任务的天州一号货船没有返回功能，而天州一号是在天宫二号空间实验室处于无人值守状态时发射的。因此，天州的所有实验操作都需要高度自动化，实验结果的获取完全依赖于返回的数据。这意味着与实践10相比，天舟一号所承载的生物实验负荷的技术水平已经达到了一个很大的台阶。

在这一轮有一些人参加的实验中，许多有趣的实验结果被公之于众，包括“景海鹏玩蚕”，逗大家笑，“天宫种稻”，后来被广泛注意。(你可以注意智虎的问题:植物如何在太空中生长。然而，没有任何人参与的天舟一号实验项目迄今尚未向公众公布，因为它们涉及大量复杂的过程，如数据的后处理和论文的整理。但是，笔者认为，在今年内，学术界将逐渐接触到这些实验所获得的具体科学研究成果。

景海鹏玩蚕(图片来源:新华视频截图)

空间生命研究向两个方向推进

经过多年的发展，中国也逐渐走出了一条有自己特色的空间生命科学发展道路。根据笔者的拙见，中国的空间生命科学研究正朝着两个方向稳步前进。第一个主要方向是空间生物医学研究。

上述在天舟1号上进行的肝干细胞和骨细胞相关实验和在实施例10上进行的小鼠胚胎发育研究是典型的代表。这个方向的主要研究目标是探索长期微重力和高辐射环境将如何影响人体各种系统的机制。中国在这方面的研究起步比美国和俄罗斯等其他航天大国晚得多，还没有达到国际空间站的科研技术水平。其中，在轨自动采样、小型化多色高分辨率荧光显微镜、在轨快速生物分子分析等技术似乎仍处于空白状态。然而，任何技术的发展都不可能一蹴而就，指望中国通过一两次实验在空间生命科学领域超越美国和其他传统空间大国是不现实的。

第二个主要方向是以嫦娥四号正在进行的马铃薯种植试验为代表的人工生态系统。这个方向的研究主要集中在对未来人类在其他星球上长期自给自足的必要探索上。中国在这方面的研究很早就开始了。北京航空航天大学已经朝着这个方向努力了十多年。它在2014年建造了月宫1号，模拟未来的中型月球基地。去年(2018年)，它完成了“月宫365”实验，历时一年，自给自足。在这一轮地面实验中，八名志愿者在封闭的月宫1号成功地种植了大豆、小麦、胡萝卜、西红柿、草莓等作物，为未来月球的长期停留积累了宝贵的经验。虽然嫦娥四号携带的“微型生态圈”只能算是月宫生态圈的“迷你版礼物”，但它却是生态圈实验从地面向太空发展的第一步。

1号月宫结构图(照片来源:1号月宫官方微信公众号)

让我们祝福嫦娥4号！祝福兔子！同时，我也祝愿嫦娥四号在月球上微生态圈！我希望我们能在三个月内看到一些漂亮的马铃薯花。当未来的人类能够真正在月球或火星上长时间生活时，人们绝对不会忘记嫦娥四号，它是第一个在月球上种植土豆的人，也不会忘记像石莲10号和周天1号这样默默无闻的任务，但它对人类长期太空存在的研究作出了重大贡献。

马铃薯花(图片来源:农业部官方网站)