科学家希望,这些“太空葡萄”可以帮助他们在地球上酿出更好的红酒。科学家希望,这些“太空葡萄”可以帮助他们在地球上酿出更好的红酒。

  新浪科技讯 北京时间2月26日消息,1月13日,美东时间下午8时左右,一艘Space的载货龙飞船返回地球,坠入靠近佛罗里达海岸的大西洋。12小时前,这艘龙飞船刚向国际空间站(ISS)送去三吨重的硬件和补给,这会儿正带着更多各种各样的货物回到地球。这艘龙飞船带来的东西中,有干细胞,有为深空紧急导航所设计的六分仪,还有用于在地球上治疗心脏病的组织芯片。当然,和这些货物一起的,还有320株梅洛葡萄与赤霞珠葡萄,每一株都独立包裹在一小撮土壤中,小心翼翼地储存在容器内,每一粒葡萄都稳稳当当地躺在蜂巢状格子内。

  把优质的法国葡萄送进太空,听起来像是一场成本不菲的公关戏码。毕竟,人类以前也没少无缘无故地把食物带进太空,像是坦都里烤羊腰扒、鸡块,和拴在气象气球上的羊杂碎肚等等。但该实验背后的法国创业公司Space Cargo Unlimited表示,这些”太空葡萄“不是公关噱头。这家公司向ISS运送了一些葡萄,外加12瓶波尔多红葡萄酒。通过在ISS的严酷环境中种植这些葡萄十个月,Space Cargo Unlimited希望培育出可以在地球日益糟糕的环境下生存的植物。而且,不止Space Cargo Unlimited,很多私人研究公司都认为,在气候变化不断加剧、全球人口又与日俱增的情况下,解决粮食问题的一个思路或许在于太空。

  漂浮的羊排之外,多年来,食物一直是人们在ISS上开展的科学研究的重要一部分。宇航员已经成功地在NASA的小型太空花园——蔬菜生产系统(Vegetable Production System)种植了生菜、大白菜和俄罗斯红甘蓝。说是生产系统,其实它就是一个行李箱大小的空间,里边特制的营养“枕头”可以培育大约六株植物。甚至,宇航员还在小型实验室里种过新鲜的萝卜,在太空站培育过养殖牛排等等。不过,这些实验的目的基本相同:找到一种办法,为诸如NASA即将在接下来十年内计划执行的深空任务中的宇航员,提供新鲜食物。

  但是,Space Cargo Unlimited这家公司的目的就很别致。Space Cargo Unlimited没有打算解决宇航员的饮食,反倒是希望为地球上的其他人提供更好地食物。他们的想法是,葡萄藤(日后可能还会有其他作物)暴露于微重力以及国际空间站的高水平辐射下之后,可以触发其生物体进化,并发展出更具适应能力的性状。这些性状可以使植物更容易适应气候变化带来的严峻的陆地条件。

  德国埃朗根-纽伦堡大学的高级生物学家、SCU的科学主任迈克尔·勒伯特解释说,地球上的植物已经对诸如温度、化学物质或干旱等常见压力源发展出特定的应对方式。但是,植物在太空生长时,它们将面临一种全新的压力——重力的缺失,这会促使植物寻找新的方式来适应变化。勒伯特说:“压力源越独特,进化率就越高。微重力可以触发基因组重排、表观遗传学重排等。”尽管植物最终无法在太空中生存,但是在其努力改变以适应新环境的这个过程中,它或许可以发展出原本在地球上永远无法获得的新的适应特性。

  太空对人类的影响,已经得到充分的证明。在2015年的著名“双胞胎研究”中,马克·凯利留在地球,而他的孪生兄弟斯科特·凯利则在ISS上度过了将近一年时间。在此期间,研究人员对兄弟两人的生物特征进行了直接的比较。研究发现,斯科特的基因以全新的方式被激活,从而改变了他的免疫系统、骨骼形成及视力。即便后来他返回地球,他的基因表达中仍大约7%未恢复原样。研究还发现,植物和其他生物也会发生类似趋异。

  2013年,一种生长在非洲的白色开花小植物拟南芥被送往ISS。与地球上的拟南芥相比,太空的拟南芥幼苗发展出与疾病、寒冷和干旱有关的不同遗传反应。例如,它们的根茎表现出新的”倾斜“模式,根茎是植物在汲取地下额外水分和养分的一种方式。研究还发现,某些品种的藻类在低地球轨道上生长更快,产生的油脂更多。就在1月份,微重力环境曾帮助空间站上蔬菜生产系统的研究人员在两种不同的生菜之间进行植物移植。要是在地球上这样移植的话,植物基本上活不成。

  如今,安全返回地球的葡萄藤将被重新种下地,浇足水,然后研究人员会密切观察它们的自身基因表达是否有任何改变的迹象。勒伯特说,除了观察它们对压力源(例如土壤的温度和盐含量)反应的变化之外,研究人员还会对葡萄藤的新芽进行取样,以观察植物代谢以及代谢方式的变化。例如,太空游之后的葡萄是否也会产生相同的化学物质,给我们带来想要的风味和营养?植物化学物质决定了其颜色、品质、味道和抵抗疾病的能力。如果确实发展出更具适应能力的特性,那么研究人员计划用这些葡萄藤来培育更顽强的葡萄品种,并出售给全世界的葡萄酒公司。

  类似的研究已经越来越多,不过仍旧相对有限。随着NASA越来越关注宇航员的饮食,Space Cargo Unlimited则是少数几家希望填补这一差距的私人研究公司之一。Space Cargo Unlimited的联合创始人兼首席执行官尼古拉斯·高默说,他们首选葡萄酒是因为葡萄酒是“煤矿中的金丝雀”——葡萄酒对其环境中的微小变化十分敏感。温度升高,意味着法国勃艮第的酿酒葡萄的平均收获时间比1988年时的提前了13天。由于气候变暖,葡萄的酸度变低,甜度变高,进而使得酒精含量上升。最终成品——用高默的话来说,就是“多组分生物液体”,再加上酵母、细菌和多酚等,使其成分对环境变化尤其敏感。因此,Space Cargo Unlimited也将十几瓶红酒运去了国际空间站。三月份,一名葡萄栽培专家将品尝这批经历过太空之旅的红酒。

  但潜力不止于葡萄和葡萄酒。

  2020年,总部位于科罗拉多州的Front Range Biosciences将大麻和咖啡组织培养物送入太空。他们的目的类似,就是观察零重力对植物代谢方式的影响。该公司的联合创始人兼首席执行官乔纳森·沃特说:“研究结果可以帮助栽培者和科学家识别植物中的新变种或化学表达。”作为实验的一部分,研究人员将大约500个植物细胞培养物放入培养箱,送往ISS,并远程对其进行观察。培养物返回地球后,该团队现在已经开始种植这些植物,以确定微重力对植物基因表达的影响——这或将是一个长达两年的项目。沃特说,我们还不清楚结果会怎样,但是“通过研究植物如何适应太空这个新环境,我们可以更好地理解并随后培育出各种可以在新环境中生长的农作物。”

  2020年11月,德克萨斯的一家商业太空服务公司Nanoracks宣布,其计划成立一个专门的研究小组,潜心探索用太空环境培育更顽强的农产品的可能性。该公司的首席执行官杰弗里·曼伯还专门访问了中国的一个在卫星上培育幼苗的研究团队。当这些卫星幼苗种植在贫瘠的沙漠中后,部分幼苗的生长超越了仅在地球上培育的同类幼苗。曼伯写道:“结论是,太空生长的生物质确实具有更高几率的基因突变,其中有些突变我们仍无法在地球上复制。”

  如果这些研究能取得成功,那么相比现有的植物遗传调整方法(如基因修改,将一个品种的新基因添加到另一个品种内;或基因编辑,修改现有的基因),太空植物培育显然具有某些明显的优势。在欧洲,以上两种遗传调整方法目前都受到管制,欧盟市场从未批准过任何基因编辑过的作物。尽管科学界部分人士对此提出强烈不满,但欧盟目前仍没有任何放宽监管的迹象。勒伯特认为,基因技术也人为地改变了植物遗传的方向。他说:“尽管我们的意图是让植物有时间去适应,但是它们可能会以完全不同于我们预期的方式来适应。”

  虽然现在还无法分享葡萄实验的结果,但高默说,他和团队对目前观察的现象十分“惊讶”。他说:“如果我们掌握了藤本植物的这种新培育方式,那么我们就可以将其应用到许多其他的植物上去。”他说,西红柿、香蕉等任何类型的作物都可以在低地球轨道上培育,以验证这个理论。他还说:“我们现在面临的困境是,在人口不断增长,气候不断变化的挑战下,你如何才能种植出足够的作物来喂饱全人类?”但是,太空,或许可以提供一部分解决方案。(匀琳)


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