“會飛的農(nóng)場”已經(jīng)不遠(yuǎn)了

盡意

目前世界各國利用正在建設(shè)中的α國際空間站進(jìn)行的太空植物試驗(yàn)研究，其最終目的在于要使宇宙飛船最終成為“會飛的農(nóng)場”。

在地球之外的太空中，存在著太多的未知，因?yàn)楸贿@種神秘的魅力所吸引，人類在漫長的歲月中從未間斷對太空的探索，空間科學(xué)便如此誕生、發(fā)展。在北京神州綠鵬農(nóng)業(yè)科技公司，前來做技術(shù)交流的俄羅斯自然科學(xué)院和國際宇航科學(xué)院院士、俄羅斯科學(xué)院生物化學(xué)物理研究所首席科學(xué)家涅奇泰洛·加琳娜這樣給我們解釋空間科學(xué)的意義：“太空的環(huán)境可以對很多技術(shù)產(chǎn)生影響，像生物學(xué)領(lǐng)域、材料領(lǐng)域。比如晶體材料在空間中會出現(xiàn)新晶體，其他材料在空間中也會出現(xiàn)新的材料。植物在太空中生長的情況也與地面不同，太空中很多東西會變得跟地面上不一樣?！?p>

中國空間技術(shù)研究院航天工程育種專家劉敏教授（左一），與俄羅斯自然科學(xué)院和國際宇航科學(xué)院院士涅奇泰洛·加琳娜（左二）。

打開太空之門

半個(gè)世紀(jì)前，在航天事業(yè)的競技中，真正的參與者還只有美國與蘇聯(lián)。1955年，美國宣布要在1957年至1958年期間發(fā)射“尖兵號”地球人造衛(wèi)星，當(dāng)時(shí)沒有人懷疑美國的能力和信心。而1957年10月4日，世界上第一顆人造衛(wèi)星由發(fā)射成功，前蘇聯(lián)在于美國的較量中贏得頭陣。稍后，前蘇聯(lián)又日夜兼程，在一個(gè)月之后，把一只名為萊卡的小狗送入太空。這次實(shí)驗(yàn)的目的是用萊卡來測試生物是否能在空間生存。萊卡身上連接著測量脈搏、呼吸、血壓的科學(xué)儀器，通過無線數(shù)據(jù)傳送回地面。為了使密封艙空氣保持新鮮，還安裝了空氣再生裝置和處理糞便的排泄裝置。此外，艙里還設(shè)有一天3次的自動喂食裝置，時(shí)間一到，信號燈就亮起，通知小狗用餐。遺憾的是，由于衛(wèi)星無法回收，萊卡在密封艙里生活了一個(gè)星期完成了全部實(shí)驗(yàn)任務(wù)后，只有讓它服毒自殺，這一行為在當(dāng)時(shí)引起了動物保護(hù)組織的抗議。

1960年8月19日，前蘇聯(lián)宇宙飛船2號順利地將兩只狗從空間軌道回收。第二年又連續(xù)兩次進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)，獲得成功，至此，前蘇聯(lián)的演習(xí)接近尾聲，載人航天的序幕即將拉開。

在與前蘇聯(lián)的較量中，美國的運(yùn)氣一直不佳。美國的動物上天實(shí)驗(yàn)比前蘇聯(lián)開展得還要早。從1948年開始，美國就用火箭裝載猴子和老鼠進(jìn)行試驗(yàn)，一連4次遭遇失敗。直到三年后，美國才第一次成功地回收了一只猴子和11只老鼠。從1958年開始，美國設(shè)計(jì)了與前蘇聯(lián)抗衡的“水星”計(jì)劃，想要搶先把人類送入太空。這個(gè)計(jì)劃共進(jìn)行了15次飛行試驗(yàn)，其中六次失敗，兩次載猴子，一次載猩猩成功。

1961年4月12日，前蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一艘“東方號”載人飛船，航天員加加林在人類歷史上首次進(jìn)入太空繞地球飛行了108分鐘，開創(chuàng)了人類載人航天的新紀(jì)元，這一天后來被定為“載人空間飛行國際日” 。

接二連三的打擊讓美國越挫越勇，他們要在登月計(jì)劃上打敗前蘇聯(lián)，終于得償所愿。1969年7月21日，阿波羅Ⅱ號登月飛船成功在月球上著陸，航天員阿姆斯特朗和奧爾德林踏上月球，人類第一次“踩”到了其他星球上。

俄羅斯航天育種專家在神舟綠鵬農(nóng)業(yè)科技有限公司的實(shí)驗(yàn)室。

在太空中種出食物

太空是神秘而且危險(xiǎn)的地方，缺乏人類賴以生存的自然環(huán)境，并存在著變幻莫測的其他因素。因此，要進(jìn)入太空進(jìn)而飛得更遠(yuǎn)，首先需要解決的難題就是補(bǔ)給，比如燃料、氧氣、食物等物資。

食物是人生存的必須品，要在太空中存活更長時(shí)間，就必須找到在太空中自給自足的方法?？臻g生物學(xué)研究的主要方向就是為了宇航員的食物補(bǔ)給，通俗地說，就是要在太空中種出供宇航員食用的植物，從而保證斷絕地球食物供應(yīng)后，宇航員仍能在太空生存。

前蘇聯(lián)在Zond5和Zond6月球探測器、“禮炮7號”空間站和Kosmos1887生物衛(wèi)星上分別搭載大麥、擬南芥和生菜的種子，研究空間輻射和飛行因子對植物遺傳發(fā)育和染色體變異的影響。大量研究證實(shí)，空間環(huán)境對植物種子萌發(fā)與生長的影響具有普遍性，空間宇宙粒子和微重力等綜合因素可引起植物遺傳變異。

俄羅斯后來則將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到空間植物栽培研究。讓植物在太空中存活、生長是加琳娜的主要研究方向。她介紹說：“我長期做的工作是篩選空間植物，比如生菜、土豆、豌豆，檢測這些植物在空間站的生長能力，選擇那些適合在空間站生長，并且讓宇航員食用的植物。我在陸地上指導(dǎo)宇航員在空間站對植物培育和篩選。俄羅斯在空間科學(xué)的研究，或者空間生物學(xué)的研究主要針對為宇航員提供食物，這也是世界研究的主流?！?/p>

加琳娜曾在“禮炮7號”空間站上完成了擬南芥?zhèn)€體發(fā)育周期，在“和平號”空間站上完成了小麥從種子到種子的生長試驗(yàn)，2007年9月Foton-M3發(fā)射，實(shí)施了俄羅斯3項(xiàng)、歐洲航天局（ESA）16項(xiàng)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)，并在國際空間站上完成了豌豆的連續(xù)世代循環(huán)栽培。除此之外，俄羅斯等國在“和平號”空間站成功種植超矮小麥、白菜和油菜等植物。

擬南芥的種植成功是一次突破性的勝利。加琳娜介紹，宇航員栽培的擬南芥在太空播種56天后開花，第69天結(jié)籽，收獲了200粒種子。“最初我們在空間站種過豌豆、小麥，但是擬南芥是第一個(gè)成功地進(jìn)行了從種子到種子生命周期的培育，這在全世界也是首例?！?/p>

1981年，美國“哥倫比亞”號航天飛機(jī)第3次升空，座艙里也攜帶了一個(gè)小型溫室。里面放了85根試管，每根試管里有一枚向日葵種子，還有一些中國的綠豆和植物種子。溫室里有一盞太陽燈，每天連續(xù)照射14小時(shí)，模仿地面日照。試驗(yàn)結(jié)果顯示，96株硬松、燕麥和綠豆的種子發(fā)芽。

目前美國航天工程育種工作計(jì)劃主要涉及種質(zhì)創(chuàng)新、藥品生產(chǎn)、生物反應(yīng)器以及生物采礦等幾個(gè)研究領(lǐng)域，其主要目的是探索太空生命生存條件，并通過航天工程育種工作增加科學(xué)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)總量，為振興美國經(jīng)濟(jì)增長做貢獻(xiàn)。

俄羅斯、美國等國家作為世界主要的農(nóng)產(chǎn)品出口國，在農(nóng)業(yè)育種方面較為先進(jìn)，相對而言，增加作物產(chǎn)量在航天工程育種的育種目標(biāo)中地位不高。即便如此，國外各航天大國通過航天工程育種技術(shù)，已先后培育成功100多個(gè)農(nóng)作物新品種應(yīng)用于生產(chǎn)。比較典型的例子如俄羅斯培育的棉花新品種，不僅棉絨長、斷裂強(qiáng)度大，而且產(chǎn)絨率高，在俄羅斯、哈薩克斯坦得到廣泛種植，對俄羅斯的棉花生產(chǎn)起到了非常積極的作用。

“人類因?yàn)橛幸惶族憻捝眢w機(jī)能的方式，可以較好地進(jìn)行自我修護(hù)。而植物沒有‘主觀意識，它在生長過程中受外界影響更大，生長的結(jié)果也可能發(fā)生各種變化”，加琳娜如此解釋植物在太空中發(fā)生的變化?！岸Y炮7號”毀滅后，前蘇聯(lián)派兩名宇航員前往進(jìn)行收尾工作，并允許他們帶一種植物，其中一位就帶了棉花。加琳娜作為地面指揮，通過與宇航員的語音和視頻溝通對空間站的植物生長情況進(jìn)行監(jiān)測。結(jié)果卻事與愿違，棉花總是長不大，剛剛發(fā)芽就死掉，如此往復(fù)。這位帶棉花上去的宇航員很無奈和傷心，請求加琳娜幫忙解決問題。

加琳娜最終發(fā)現(xiàn)，棉花死亡的原因是：棉花的根5天就能長到一定長度，如果放在有堵頭器皿中，根部沒有成長空間，植株就會死亡。于是，加琳娜建議他把棉花放到空心管式的器皿里培育，結(jié)果出乎意料，棉花成活了，而且太空棉花棉纖維的長度是地面棉花的幾倍。

目前世界各國利用正在建設(shè)中的α國際空間站進(jìn)行的太空植物試驗(yàn)研究，其最終目的在于要使宇宙飛船最終成為“會飛的農(nóng)場”。

從太空回歸地球

根據(jù)歐洲咨詢公司的報(bào)告，預(yù)計(jì)到2024年全球政府航天投資額將達(dá)814億美元。盡管各國政府預(yù)算或被削減或受到影響，但在未來10年仍將保持高發(fā)射率，計(jì)劃發(fā)射包括民用地球觀測、通信和導(dǎo)航在內(nèi)的856顆政府衛(wèi)星，較過去10年增長32%;預(yù)計(jì)還將發(fā)射242顆防務(wù)衛(wèi)星，較過去10年增長11%。

數(shù)字證明，在經(jīng)濟(jì)不景氣的當(dāng)下，政府在航天事業(yè)上的花銷依然是大方的。從冷戰(zhàn)時(shí)期的競技，到現(xiàn)在衛(wèi)星、空間站的發(fā)射，一提到航天，似乎政府不給予足夠的支持就是短視的表現(xiàn)。要知道，這動輒百億的資金大部分是來自民間的?；诉@么多人力物力積累起來的航天事業(yè)，當(dāng)然也應(yīng)該用之于民。

1980年代末，霍普金斯大學(xué)的一位獸醫(yī)開發(fā)出一種可吞服的藥物，它可以監(jiān)測動物的體溫。得知有這項(xiàng)技術(shù)后，美國宇航局面（NASA）的小企業(yè)創(chuàng)新計(jì)劃給霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室提供了7.5萬美元資金，讓他們開發(fā)一種給宇航員服用的藥丸，以便監(jiān)測宇航員的體溫。研究獲得成功，并取得了美國食品藥品管理局的認(rèn)證。幾年后，佛羅里達(dá)州的一家公司從NASA獲得授權(quán)，開始進(jìn)行這種藥丸的商業(yè)化推廣。

“從群眾中來，到群眾中去”一直是航天技術(shù)的追求。一項(xiàng)航天技術(shù)能夠發(fā)展到民用領(lǐng)域，帶來經(jīng)濟(jì)與社會效益，是一件皆大歡喜的事。

現(xiàn)在，在我們的身邊，空間科學(xué)的溢出效應(yīng)已不少見。衛(wèi)星能為農(nóng)民提供農(nóng)作物產(chǎn)量估計(jì)與病蟲害預(yù)報(bào)，為漁民提供魚群的位置信息，甚至能找到隱藏在熱帶雨林中的古跡。我國近年來的1000多種新材料中，80%是在空間技術(shù)的牽引下研制完成的。

對于空間科學(xué)的商業(yè)化，美國的步伐最為超前，已經(jīng)有幾萬多種民用產(chǎn)品是航天飛機(jī)的衍生技術(shù)和產(chǎn)品。有媒體計(jì)算，美國在航天項(xiàng)目上每投入1美元，就可以獲得7美元的收益。

在NASA的官方網(wǎng)站上，甚至有一個(gè)鏈接專門介紹航天技術(shù)衍生產(chǎn)品。自從全世界通過影像看到了阿姆斯特朗邁出人類踏向月球的第一步，NASA就一直把推進(jìn)攝像技術(shù)發(fā)展作為一項(xiàng)重要目標(biāo)。如今手機(jī)上的攝像頭，有三分之一跟NASA的空間項(xiàng)目有著直接關(guān)系。蘋果等高端品牌推出的能夠拍攝高清像素照片的攝像頭，利用的就是NASA實(shí)驗(yàn)室的CMOS感光元件。CMOS感光元件由NASA研制，用于太空望遠(yuǎn)鏡中。后經(jīng)Aptina公司對其進(jìn)行小型化處理，推廣到數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)以及拍照手機(jī)中?，F(xiàn)已走進(jìn)各種建筑的煙霧警報(bào)器，最初是由NASA在上世紀(jì)70年代研制的。這種在太空實(shí)驗(yàn)室使用的警報(bào)器挽救了無數(shù)人的生命。

已知越多，則未知也越多。人類愈加深刻地意識到自己在浩瀚宇宙中只是渺小的存在，這感覺應(yīng)該是興奮而又恐懼的。在未來，當(dāng)人類更深入地接觸宇宙，記錄于史冊的故事可能不再是朝代更迭、戰(zhàn)爭與災(zāi)難，而是星際探險(xiǎn)、黑洞穿梭或者外星聯(lián)姻。