北京時間2月26日消息，1月13日，美東時間下午8時左右，一艘Space的載貨龍飛船返回地球，墜入靠近佛羅里達海岸的大西洋。12小時前，這艘龍飛船剛向國際空間站（ISS）送去三噸重的硬件和補給，這會兒正帶著更多各種各樣的貨物回到地球。這艘龍飛船帶來的東西中，有干細胞，有為深空緊急導航所設(shè)計的六分儀，還有用于在地球上治療心臟病的組織芯片。當然，和這些貨物一起的，還有320株梅洛葡萄與赤霞珠葡萄，每一株都獨立包裹在一小撮土壤中，小心翼翼地儲存在容器內(nèi)，每一粒葡萄都穩(wěn)穩(wěn)當當?shù)靥稍诜涑矤罡褡觾?nèi)。
把優(yōu)質(zhì)的法國葡萄送進太空，聽起來像是一場成本不菲的公關(guān)戲碼。畢竟，人類以前也沒少無緣無故地把食物帶進太空，像是坦都里烤羊腰扒、雞塊，和拴在氣象氣球上的羊雜碎肚等等。但該實驗背后的法國創(chuàng)業(yè)公司Space Cargo Unlimited表示，這些”太空葡萄“不是公關(guān)噱頭。這家公司向ISS運送了一些葡萄，外加12瓶波爾多紅葡萄酒。通過在ISS的嚴酷環(huán)境中種植這些葡萄十個月，Space Cargo Unlimited希望培育出可以在地球日益糟糕的環(huán)境下生存的植物。而且，不止Space Cargo Unlimited，很多私人研究公司都認為，在氣候變化不斷加劇、全球人口又與日俱增的情況下，解決糧食問題的一個思路或許在于太空。
漂浮的羊排之外，多年來，食物一直是人們在ISS上開展的科學研究的重要一部分。宇航員已經(jīng)成功地在NASA的小型太空花園——蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)（Vegetable Production System）種植了生菜、大白菜和俄羅斯紅甘藍。說是生產(chǎn)系統(tǒng)，其實它就是一個行李箱大小的空間，里邊特制的營養(yǎng)“枕頭”可以培育大約六株植物。甚至，宇航員還在小型實驗室里種過新鮮的蘿卜，在太空站培育過養(yǎng)殖牛排等等。不過，這些實驗的目的基本相同：找到一種辦法，為諸如NASA即將在接下來十年內(nèi)計劃執(zhí)行的深空任務(wù)中的宇航員，提供新鮮食物。
但是，Space Cargo Unlimited這家公司的目的就很別致。Space Cargo Unlimited沒有打算解決宇航員的飲食，反倒是希望為地球上的其他人提供更好地食物。他們的想法是，葡萄藤（日后可能還會有其他作物）暴露于微重力以及國際空間站的高水平輻射下之后，可以觸發(fā)其生物體進化，并發(fā)展出更具適應(yīng)能力的性狀。這些性狀可以使植物更容易適應(yīng)氣候變化帶來的嚴峻的陸地條件。
德國埃朗根-紐倫堡大學的高級生物學家、SCU的科學主任邁克爾·勒伯特解釋說，地球上的植物已經(jīng)對諸如溫度、化學物質(zhì)或干旱等常見壓力源發(fā)展出特定的應(yīng)對方式。但是，植物在太空生長時，它們將面臨一種全新的壓力——重力的缺失，這會促使植物尋找新的方式來適應(yīng)變化。勒伯特說：“壓力源越獨特，進化率就越高。微重力可以觸發(fā)基因組重排、表觀遺傳學重排等。”盡管植物最終無法在太空中生存，但是在其努力改變以適應(yīng)新環(huán)境的這個過程中，它或許可以發(fā)展出原本在地球上永遠無法獲得的新的適應(yīng)特性。
太空對人類的影響，已經(jīng)得到充分的證明。在2015年的著名“雙胞胎研究”中，馬克·凱利留在地球，而他的孿生兄弟斯科特·凱利則在ISS上度過了將近一年時間。在此期間，研究人員對兄弟兩人的生物特征進行了直接的比較。研究發(fā)現(xiàn)，斯科特的基因以全新的方式被激活，從而改變了他的免疫系統(tǒng)、骨骼形成及視力。即便后來他返回地球，他的基因表達中仍大約7%未恢復(fù)原樣。研究還發(fā)現(xiàn)，植物和其他生物也會發(fā)生類似趨異。
2013年，一種生長在非洲的白色開花小植物擬南芥被送往ISS。與地球上的擬南芥相比，太空的擬南芥幼苗發(fā)展出與疾病、寒冷和干旱有關(guān)的不同遺傳反應(yīng)。例如，它們的根莖表現(xiàn)出新的”傾斜“模式，根莖是植物在汲取地下額外水分和養(yǎng)分的一種方式。研究還發(fā)現(xiàn)，某些品種的藻類在低地球軌道上生長更快，產(chǎn)生的油脂更多。就在1月份，微重力環(huán)境曾幫助空間站上蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的研究人員在兩種不同的生菜之間進行植物移植。要是在地球上這樣移植的話，植物基本上活不成。
如今，安全返回地球的葡萄藤將被重新種下地，澆足水，然后研究人員會密切觀察它們的自身基因表達是否有任何改變的跡象。勒伯特說，除了觀察它們對壓力源（例如土壤的溫度和鹽含量）反應(yīng)的變化之外，研究人員還會對葡萄藤的新芽進行取樣，以觀察植物代謝以及代謝方式的變化。例如，太空游之后的葡萄是否也會產(chǎn)生相同的化學物質(zhì)，給我們帶來想要的風味和營養(yǎng)？植物化學物質(zhì)決定了其顏色、品質(zhì)、味道和抵抗疾病的能力。如果確實發(fā)展出更具適應(yīng)能力的特性，那么研究人員計劃用這些葡萄藤來培育更頑強的葡萄品種，并出售給全世界的葡萄酒公司。
類似的研究已經(jīng)越來越多，不過仍舊相對有限。隨著NASA越來越關(guān)注宇航員的飲食，Space Cargo Unlimited則是少數(shù)幾家希望填補這一差距的私人研究公司之一。Space Cargo Unlimited的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官尼古拉斯·高默說，他們首選葡萄酒是因為葡萄酒是“煤礦中的金絲雀”——葡萄酒對其環(huán)境中的微小變化十分敏感。溫度升高，意味著法國勃艮第的釀酒葡萄的平均收獲時間比1988年時的提前了13天。由于氣候變暖，葡萄的酸度變低，甜度變高，進而使得酒精含量上升。最終成品——用高默的話來說，就是“多組分生物液體”，再加上酵母、細菌和多酚等，使其成分對環(huán)境變化尤其敏感。因此，Space Cargo Unlimited也將十幾瓶紅酒運去了國際空間站。三月份，一名葡萄栽培專家將品嘗這批經(jīng)歷過太空之旅的紅酒。
但潛力不止于葡萄和葡萄酒。
2020年，總部位于科羅拉多州的Front Range Biosciences將大麻和咖啡組織培養(yǎng)物送入太空。他們的目的類似，就是觀察零重力對植物代謝方式的影響。該公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官喬納森·沃特說：“研究結(jié)果可以幫助栽培者和科學家識別植物中的新變種或化學表達?！弊鳛閷嶒灥囊徊糠?，研究人員將大約500個植物細胞培養(yǎng)物放入培養(yǎng)箱，送往ISS，并遠程對其進行觀察。培養(yǎng)物返回地球后，該團隊現(xiàn)在已經(jīng)開始種植這些植物，以確定微重力對植物基因表達的影響——這或?qū)⑹且粋€長達兩年的項目。沃特說，我們還不清楚結(jié)果會怎樣，但是“通過研究植物如何適應(yīng)太空這個新環(huán)境，我們可以更好地理解并隨后培育出各種可以在新環(huán)境中生長的農(nóng)作物。”
2020年11月，德克薩斯的一家商業(yè)太空服務(wù)公司Nanoracks宣布，其計劃成立一個專門的研究小組，潛心探索用太空環(huán)境培育更頑強的農(nóng)產(chǎn)品的可能性。該公司的首席執(zhí)行官杰弗里·曼伯還專門訪問了中國的一個在衛(wèi)星上培育幼苗的研究團隊。當這些衛(wèi)星幼苗種植在貧瘠的沙漠中后，部分幼苗的生長超越了僅在地球上培育的同類幼苗。曼伯寫道：“結(jié)論是，太空生長的生物質(zhì)確實具有更高幾率的基因突變，其中有些突變我們?nèi)詿o法在地球上復(fù)制。”
如果這些研究能取得成功，那么相比現(xiàn)有的植物遺傳調(diào)整方法（如基因修改，將一個品種的新基因添加到另一個品種內(nèi)；或基因編輯，修改現(xiàn)有的基因），太空植物培育顯然具有某些明顯的優(yōu)勢。在歐洲，以上兩種遺傳調(diào)整方法目前都受到管制，歐盟市場從未批準過任何基因編輯過的作物。盡管科學界部分人士對此提出強烈不滿，但歐盟目前仍沒有任何放寬監(jiān)管的跡象。勒伯特認為，基因技術(shù)也人為地改變了植物遺傳的方向。他說：“盡管我們的意圖是讓植物有時間去適應(yīng)，但是它們可能會以完全不同于我們預(yù)期的方式來適應(yīng)。”
雖然現(xiàn)在還無法分享葡萄實驗的結(jié)果，但高默說，他和團隊對目前觀察的現(xiàn)象十分“驚訝”。他說：“如果我們掌握了藤本植物的這種新培育方式，那么我們就可以將其應(yīng)用到許多其他的植物上去?！彼f，西紅柿、香蕉等任何類型的作物都可以在低地球軌道上培育，以驗證這個理論。他還說：“我們現(xiàn)在面臨的困境是，在人口不斷增長，氣候不斷變化的挑戰(zhàn)下，你如何才能種植出足夠的作物來喂飽全人類？”但是，太空，或許可以提供一部分解決方案。（勻琳）
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