月亮上种马铃薯

文章作者:管理一号 | 2019-01-14
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跟着嫦娥四号在月球不和冯卡门环形山中消沉着陆,我国新的一次月球勘探任务正式初步了。和嫦娥三号任务相同,嫦娥四号上也搭载了“玉兔妹妹”月球车在内的许多科研载荷。但我们未必听说过,嫦娥四号的着陆器上还搭载了一个由重庆大学研发、非常具有“民族特征”的小型科研科普载荷:月面微型生态圈。

月面微型生态圈:月亮上种马铃薯

虽然这个外观像个保温饭盒的载荷只需三公斤重,容积不到一升,但却肩负着一个荣耀而崇高的任务:在月亮上种马铃薯。载荷虽然不大,但零部件却不少。这个载荷罐带有一套半导体温控设备,带着了一些培养基(土壤),水、空气、马铃薯种子、拟南芥种子,棉花籽,一些微生物(酵母等)和果蝇卵。值得称道的是,这个罐子的顶部还留有阳光导管,可以把嫦娥四号表面面接收到的日光照射通过光纤传导进载荷内部。

那它是怎样作业的呢?在发射到落月前的阶段,温控设备会把载荷内部操控在一个较低的温度,土壤也会坚持单调,使植物种子和虫卵处于休眠情况。而当嫦娥四号在月球表面着陆,太阳能帆板正常翻开之后,温控系统将把载荷中的“土壤”和空气调整到适合的温度,并向土壤中放水,影响植物发芽。在植物生长的进程中,传导进载荷内部的太阳光将会起到促进光合作用的功用,光合作用中发作的氧气可以用于供应动植物及微生物的呼吸进程。在植物生长中发作的半老徐娘,又可以被微生物分化掉。而微生物和它的代谢产品也可以成为蛆宝宝出生后的食物来历。在这个进程中,微生物和蛆宝宝(以及长大后的果蝇)也会不断通过呼吸作用放出二氧化碳,反过来又能为植物的光合作用供应材料。动物,植物和微生物的发育生长构成了一个细微的闭环系统。在整个实验程序里,载荷中的监控相机将会不断向地球传回相片,这也将是人类榜初度实时观测到地球农作物在另一个星球生长的画面。(根据最新消息,向土壤中加水的进程现已获得成功,正在等候植物发芽。)

微型生态圈实验载荷(图片来历:新浪新闻)

作为一次无人参与的实验性任务,这一载荷当然没有带着许多的水和空气。也是由于这个原因,实验预定将于果蝇幼虫出生,马铃薯、拟南芥发芽开花后宣告结束。(作者吐槽:在月球上养蛆仍是一种很特别的领会呢……)这一进程将会持续约三个月。这一进程将会持续约三个月。但即便实验一切顺利,我们毕竟也不会收成到在月球上耕种出来的马铃薯。所以想吃月球马铃薯的吃货同志们,还需求稍安勿躁,坐等下一阶段的载人登月任务。

在航天员实践登上月球之前,就对在月球表面进行多种农业生产进行探究,也算是体现了我国“农业大国”的特征了。不过嫦娥四号任务,并不是我国榜初度在地表以外进行生命科学实验。我国太空生命科学实验的先行者,是前几年发射的实践十号卫星。

实践十号卫星:哺乳动物胚胎在太空发育

2014年,我国对一颗库存未启用的标兵回来式侦查卫星进行了适应性改造,加装了温控系统、避震系统和辐射操控系统,使其具有了进行微重力生命科学实验的才干。在这颗卫星的回来舱内,搭载了由我国科学院部下上海生命科学研讨院、动物研讨所、遗传与发育研讨所、上海技术物理研讨所以及浙江大学等单位研发的九个生命科学实验载荷。

(图片来历:我国科学院)

在这次在轨时间不到两周的任务中,我国的科研人员获得了非常喜人的作用,中科院动物所掌管的“微重力条件下哺乳动物前期胚胎发育研讨”载荷,在国际上初度在太空微重力条件下观测到小鼠前期胚胎在体外从双细胞发育到囊胚阶段的全进程。在由动物所担任的另一项研讨项目中,科研人员初度发现小鼠造血干细胞在太空微重力环境下的增殖分化情况与地上实验有显着的不同。在高等植物空间培养实验中,上海植物生理生态研讨所的科研人员还收成了第一株在太空中敞开的拟南芥花朵。

实践十号部分载荷任务介绍(图片来历:我国知网)

不过,兢兢业业的说,作为我国榜初度实在意义上的空间生命科学实验(原本那种近乎形而上学的空间辐射育种不算),实践十号上进行的这些实验并没有抵达令人冷傲的地步。其间大部分的实验仍然是在近地轨道上运用失重环境进行特别条件下的细胞和安排培养并显微查询细胞形状,绝大部分项目仍以搜集随卫星回来后的生物样本为毕竟目的。其间部分载荷设备的技术水平仍然较为有限,可以在轨测量的数据基本上只需明场/低倍荧光显微镜摄影的图像,且载荷工作的自动化水平仍然稍显缺少。而这关于高度依赖于分子生物技术的现代生命科学研讨来讲,是远远不够的。

天舟一号:空间生物实验技术上新台阶

我国的科研作业者并没有留步于此。在2017年成功结束的天舟一号货运飞船/天宫二号空间实验室任务中,就搭载了不少通过技术改进的生命科学实验载荷。值得留心的是,在天舟一号和天宫二号上,除了依旧由中科院担任的植物生长长期查询实验(由上海生科院植生所牵头,搭载在天宫二号上,有人参与)和肝干细胞发育分化实验(由中科院动物所牵头,搭载在天舟一号)外,还有由许多其他单位担任的生命科学实验。其间包括了由西北工业大学、清华大学、浙江大学、香港浸会大学、解放军军事医学科学院以及中科院动物所联合结束的骨细胞定向分化实验,以及北京理工大学牵头的空间微流控芯片生物培养与分析实验(均搭载在天舟一号上)。

由于实行这次任务的天舟一号货运飞船并没有回来功用,且天舟一号发射时,天宫二号空间实验室正处于无人值守的情况。因此,天舟上的一切的实验操作都需求高度自动化,且实验作用的获取完全依赖于回传数据。这就意味着比较实践十号而言,天舟一号的所带着的生物实验载荷的技术水平要上了一个大台阶。

这一轮实验中有人参与的部分,许多很有意思的实验作用现已被公开了,其间包括逗得我们捧腹大笑的“景海鹏玩蚕”,和后来广受我们留心的“天宫种水稻”。(我们可以注重下知乎问题:太空中植物是怎样生长的 )但天舟一号上那些无人参与的实验项目,由于触及许多较为凌乱的的后期数据处理,论文拾掇等进程,至今仍没有太多作用公诸于世。但作者信赖,本年年内学术界就将逐渐接触到这些实验中获得的具体科研作用。

景海鹏玩蚕(图片来历:截图自新华网视频)

航天生命科研向两个方向推进

通过这些年的打开,我国也在逐渐走出一条很有自己特征的航天生命科学打开路程。依作者鄙意,我国的航天生命科学研讨正在向两个方向稳步推进,第一个大方向首要着眼于空间生物医学研讨。

上文中提到的天舟一号上打开的肝干细胞和骨细胞相关实验,以及实践十号上进行的小鼠胚胎发育研讨就是其间的典型代表。这个方向的首要研讨政策是从机理上探寻长期的微重力,高辐射环境,会对人体的各项系统发作何种影响。我国在这个方向的研讨比美,俄等航天强国起步要晚得多,且现在没有抵达国际空间站上的科研技术水平。其间,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如同仍处于空白情况。不过,任何技术的打开都不或许一蹴即至,希望我国通过一两次实验就在空间生命科学领域跨越美国等传统航天强国也是不现实的。

第二个大方向就是以嫦娥四号上正在进行的种马铃薯实验为代表的人工生态圈。这一方向的研讨首要着力于为人类未来在其他星球长期自给自足生计进行必要的探究。我国在这方面的研讨初步得非常早,北京航空航天大学在此方向现已深耕十余年,于2014缔造出了仿照未来中等规划月球基地的月宫一号,并于上一年(2018年)结束了自给自足驻留长达一年的“月宫365”实验。在这轮地上实验中,八名志愿者在密闭的月宫一号里成功种出了大豆、小麦、胡萝卜、西红柿、草莓等农作物,为未来的月面长期驻留积累了贵重的阅历。虽然此次嫦娥四号搭载的“微型生态圈”只能算是月宫生态圈的“迷你版赠品”,但不管怎样说,也是生态圈实验从地上向太空打开的第一步。

月宫一号结构图(图片来历:自月宫一号官方微信群众号)

让我们祝福嫦娥四号!祝福小兔子!一同也祝福嫦娥四号上面搭载的月面微型生态圈!希望在三个月之后,我们能看到几朵美丽的马铃薯花!当未来的人类实在能在月球或火星上自给自足得长期生计的时分,人们必定不会遗忘第一个在月亮上种马铃薯的嫦娥四号,也不会遗忘像实践十号、天舟一号那样默默无闻,却为人类长期太空驻留的研讨做出了重大贡献的任务。

马铃薯花(图片来历:农业部官网)

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