“神天”对接“耕织”忙

　　神舟十一号成功发射后，于北京时间10月19日凌晨与天宫二号成功实施对接。合体后，景海鹏和陈东两名宇航员在“月亮之上”也没闲着。他们在太空舱内健身、收集数据、养蚕；除此之外，还不忘发挥中国人的种菜天赋，在银河系开辟了菜园子。两位航天员要在天宫二号上种6株水稻和30株拟南芥，并观察其从萌发、生长，到开花结籽的全过程。那么为什么要做这些实验呢？让我们从科学的角度为您揭示。

　　银河系里的“菜园子”

　　10月19日，神舟十一号运载飞船与天宫二号完成对接，中国第一个真正意义上的空间实验室迎来了它的第一批“实验员”。

　　届时，科学家为天宫二号规划了14项空间实验项目，涉及到多个科学领域；其中有两项与日常生活中的“吃”和“穿”有关，这就是“高等植物培养实验”和“太空养蚕实验”。曾经在非洲沙漠、青藏雪域和南极冰原种菜的中国人，这一次把庄稼种到了天上。

　　这一次天宫二号选择的植物，是水稻和拟南芥。它们的生长周期都比较短，在发射升空之后由地面遥控播种萌发，使其确保在6个月内完成“从种子到种子”的实验，以便让航天员能够参与样本回收。

　　水稻是中国人的主食之一，是我们最希望能够在太空种植成功的植物。而拟南芥本身虽然不是一种蔬菜，却和我们熟悉的许多十字花科蔬菜是远亲，并且它是已知植物中基因组最小的，号称“植物中的果蝇”。它的生长发育和基因表达已被植物学家们研究的较为透彻，可以利用转基因技术给特定的基因做出荧光蛋白标记。因此，一旦这些基因被表达，它们就能被荧光相机察觉。所以，用它来研究植物在太空中的生长变化是再合适不过了。

　　植物在地面上生长，一般是靠引力来判断根和茎的生长方向，靠光照和温度的变化来判断什么时候应该开花、什么时候应该结果。但是当植物种植到太空中后，虽然光照、温度、湿度都能通过人工控制在适当的范围中，但失重状态是无法改变的，因此生长形态也自然会有所不同。另一方面，在微重力的环境下，水分难以在土壤-植株-空气中达成平衡和循环，也容易阻碍植物的生长。

　　其实早在1996年时，俄国宇航员在和平号空间站上就曾种植过小麦、白菜和油菜，但收成并不令人满意。直到今年年初，经过人们不断的努力研究，终于使“太空中的第一朵花”在国际空间站里傲然绽放，而这朵百日菊的形态只和地面上的同类略有差异。

　　“菜园”里的“生长盒”

　　但是，水稻是一种短日照植物，在光照较短的情况下能达到开花的条件；拟南芥则是一种长日照植物，需要在光照较长的条件下才能开花。所以它们不能种在一起，于是景海鹏和陈东便分别为它们给予了不同的照射时间，以确保其有充足和良好的生长环境。

　　此外值得注意的是，本次带上天宫二号的拟南芥种子都预先经过处理，用绿色的荧光蛋白标记了开花的基因。一旦基因的“开关”被打开，就会在荧光相机的照片中呈现出来。就在本文写作时，天宫二号上的拟南芥在充足的光照下，已经积累了不少被“打开”的开花基因，发育十分顺利。

　　虽然拟南芥不是一种可供食用的植物，但它基因组简单（对高等植物而言）、生长周期短，十分有利于研究。一旦弄清了植物在太空微重力下生长发育的变化，我们就能够把研究成果应用到其他蔬菜水果上，这样，就离太空种植实用化就更近了一步。

　　其实在未来，人类如果想要远离近地轨道，远征于更深远的太空、更长的距离和时间都取决于飞船中基本食物的储备量。但是飞船在行进中，不可能携带宇航员在旅途中所需的全部食物；要知道，一名宇航员平均每天至少要消耗2000千卡路里的热量，如果按照比较科学的营养搭配，需要的食物至少也有300克。飞向火星的旅途需要超过180天，考虑到适当的冗余，为每位宇航员准备的食物分量几乎要和他们的体重相当，再加上在火星逗留期间和返程期间的需求，重量还要翻一番多。因此，在太空中和在外星球表面的“耕种”，就成了未来宇航员太空生活中的必备环节；而研究出适合在太空特殊环境下生长的品种，钻研太空环境下的培育技巧，也成为了当下植物学家们的目标之一。2015年，国际空间站的宇航员们首次品尝到了在空间站中种出的生菜，明年他们可能还会尝试种植西红柿。如果天宫二号上的水稻能够顺利成熟，那么未来的宇航员就能在旅途中吃到新鲜的大米了。

　　特殊的“宇航员”—蚕宝宝

　　除了作物的种植之外，动物的培育对未来的深空探测也有着实际的作用。这次神舟十一号飞船上的乘客除了两位航天员之外，还有6只经过精心选择，从4000名“伙伴”中脱颖而出的蚕宝宝，它们在特殊设计的“航天服”的包裹下，经受住了发射升空时的巨大超重，安然无恙地抵达天宫二号，目前已经吐丝结茧，看起来，它们对太空生活较为适应。

　　一直以来，水稻和蚕都是非常能代表中国的物种，所以把它们带上天宫二号对于我国而言，有着深远的意义。不过未来宇航员的衣着应该不需要指望蚕宝宝们的努力，送上太空的每一克质量都需要大量的燃料作为代价，在空间远征中携带地球物种，通常只有两种用途：一是带去目的地进行培育和繁殖；二是在旅途中为宇航员提供食物。

　　我们日常生活中的主要蛋白质来源是禽蛋和肉类；虽然从豆制品中也可以摄取一些蛋白质，但考虑到宇航员的工作消耗很大，完全吃素可能没法在太空的艰苦环境中保持健康。不过在飞船里养牛养猪显然不现实，它们太大太重，而且行为也不好控制。

　　繁殖迅速又好养的动物是鸡和兔子，但受环境因素所制约，对一艘空间和人手都很有限的飞船来说，可能哺乳动物不是最佳的蛋白质来源。这时候，就需要生命力顽强、繁殖迅速、容易养殖而又能提供优质蛋白质的物种来“担此大任”；恰好蚕宝宝的同类—昆虫们便成了我们首选的“动物宇航员”。

　　其实，我国拿昆虫做菜的地方很多。特别是两广和云南一带，蜂蛹、竹虫、蚂蚱、蚕蛹都能成为美味佳肴。2013年，联合国粮农组织就发布过一份名为《可食用昆虫：未来食物之选及其养殖安全》的报告，说明全世界有1900多种可食用昆虫。这俨然是把昆虫当成了抵御饥荒的终极武器。如果软趴趴的蚕宝宝都能经受住发射的考验，那么在这1900多种昆虫里找出一些适合在太空养殖的，似乎也不会太难。

　　所以，可以想象，未来的宇航员们在宇宙中长途跋涉时，吃着种出来的粮食和蔬果，昆虫吃植物的其余剩下部分，再为宇航员提供丰富的蛋白质，真是一点儿也不浪费。

　　话说回来，和空间站内几乎完全失重的状态相比，未来的远征飞船内部环境其实并不会那么极端。毕竟，在微重力环境下长期生活会严重损害宇航员的健康，导致骨质疏松、血钙升高、肌肉萎缩和肾结石等等“太空病”；所以，国际空间站上的乘员大约每170天就要轮换一次，返回地面的宇航员需要一段时间的休养和锻炼才能恢复健康。

　　但是在空间远征中，没有返回地球休养生息的机会，在经历了半年的航行抵达火星之后，紧接着的是繁重的工作，还可能面临需要以超人的体力和精力才能应对的危险情况。所以未来的载人飞船，不管是去火星的还是去更远的其他地方的，都不可能像登月飞船那样让宇航员一直处于失重状态，一定会设法制造出具有重力的舱室给宇航员居住。

　　于是，对于农作物和昆虫来说，也非常有可能在未来的宇宙航行中，“步入”有重力的温室生长，这也是我们所期待看到的。

　　当然，未来在火星或者更远的远征中栽培的作物，首要的难点并不是在低重力的条件下生长，而是如何在寒冷、干旱、有毒或者有强烈辐射的环境下生存。在真正的远征到来之前，我们在空间站和地面无疑还将进行大量的实验，寻找和培育那些符合要求的品种。

　　作为地球数一数二的“种菜能手”，中国人终有一天会实现把温室搭遍太阳系的愿望，而一切的基础和开端，都基于如今这些看似简单的实验，从“种子到种子”的短短生命循环当中。

　　撰文/刘茜

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