太空里的第一朵花

史軍

2016年1月17日，美國(guó)宇航局（NASA）宣布，宇航員斯科特在國(guó)際空間站里成功培育出一朵百日菊，這也是第一朵在外太空開(kāi)放的花朵。

也許你會(huì)疑惑，種出一朵花真的有這么稀奇嗎？養(yǎng)花種草不就需要點(diǎn)陽(yáng)光、水分和土壤嗎？在國(guó)際空間站種不出開(kāi)花的植物，大概是宇航員在偷懶吧。從原理上講，種花確實(shí)不難，只要有合適的水分、光照、礦物質(zhì)和空氣，植物就能茁壯成長(zhǎng)。然而，麻煩的是，太空是個(gè)與地球迥然不同的地方。在一個(gè)小小的太空艙里種出花朵，還真不是件容易事兒。

解決植物在太空開(kāi)花的問(wèn)題，實(shí)際上是解決在太空種糧食的第一步。從1957年第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功開(kāi)始，科學(xué)家們就不斷嘗試在衛(wèi)星和空間站種植植物了。從地球向太空運(yùn)食物是一件非常困難的事。目前，向國(guó)際空間站運(yùn)送1千克的貨物需要花費(fèi)數(shù)千美元。即便是最新的獵鷹9號(hào)火箭，可以把發(fā)射費(fèi)用降低到1/10，也依舊是一筆高昂的費(fèi)用。況且，人類要想去更遠(yuǎn)的地方探索，就必須要有自給自足的方法。

不過(guò)，并非將植物塞進(jìn)太空艙就能變成太空植物，環(huán)境的改變讓生長(zhǎng)開(kāi)花都變成了極具挑戰(zhàn)的任務(wù)。畢竟，在數(shù)億年的進(jìn)化過(guò)程中，植物已經(jīng)適應(yīng)了地球的環(huán)境，讓它們?cè)谔绽镌L(zhǎng)就像把人類突然扔到大海里生活一樣，小花小草的內(nèi)心也是崩潰的。

所以，最初的實(shí)驗(yàn)僅僅是讓植物幼苗搭乘航天器到太空兜兜風(fēng)，檢查太空環(huán)境對(duì)它們的影響。直到1982年，蘇聯(lián)科學(xué)家才在禮炮7號(hào)空間站上完成了擬南芥（植物界的實(shí)驗(yàn)專業(yè)戶，與蘿卜、卷心菜等同屬十字花科）從播種到收獲種子的種植過(guò)程。那次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果令人欣喜：這些個(gè)體產(chǎn)生的種子大多是正常的，可以再次生根發(fā)芽、開(kāi)花結(jié)果。

我們都知道，種植物會(huì)“浪費(fèi)”很多水，這并不是因?yàn)樗鼈円煌５卦谏眢w里儲(chǔ)存水分，而是要不停地把水“潑”到空氣中去。植物吸收礦物質(zhì)就得靠這種蒸騰作用呢。

盛夏時(shí)節(jié)，1公頃的加拿大白楊林，每天要從土壤中拿走50噸水貢獻(xiàn)到空氣中去。對(duì)于白楊樹(shù)這樣的闊葉樹(shù)來(lái)說(shuō)，從根部吸收的水分，99.8%都要蒸發(fā)掉，只有0.2%用于光合作用；要形成1千克的干物質(zhì)，大約需要從土壤中抽取300到400千克的水釋放到空氣中。相比之下，針葉樹(shù)要節(jié)儉得多，1公頃的油松每個(gè)月才會(huì)蒸騰掉50噸左右的水。這也讓我們難以想象，如果想在太空艙里種地，得需要多少水??？！

去年，有一部叫《火星救援》的影片上映，其中被意外留在火星上的主人公，就是通過(guò)種馬鈴薯來(lái)自救的。實(shí)驗(yàn)顯示，種植馬鈴薯最佳的灌溉量為450～500毫米，如果以電影里126平方米來(lái)計(jì)算的話，在整個(gè)生長(zhǎng)期，大概需要60立方米的水，這顯然已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們棲息倉(cāng)的水容量。當(dāng)然，這樣的計(jì)算前提是發(fā)生在農(nóng)田里，而我們的太空艙可以精確地控制環(huán)境中的水分，并且加以收集和再利用，這樣算下來(lái)，只要保證馬鈴薯需水的峰值狀態(tài)就可以了。

不過(guò)麻煩事兒還沒(méi)完，太空艙里缺乏空氣流動(dòng)，又沒(méi)有重力，植物排出的水滴聚集在葉片上，為真菌生長(zhǎng)提供了溫床，最終導(dǎo)致植物死亡。這時(shí)，必須要有良好的通風(fēng)設(shè)備，讓植物及時(shí)排出水分。但也要注意，千萬(wàn)不要因?yàn)榕潘?，把植物吹成了干花?/p>

相對(duì)于水來(lái)說(shuō)，解決光的問(wèn)題更加容易。因?yàn)槲覀兺耆梢杂萌展鉄魜?lái)為植物照明。

日光燈與太陽(yáng)光相比，最大的區(qū)別就在于光的組成是不一樣的。太陽(yáng)光的光譜是連續(xù)的，里面混雜了從紅外光到可見(jiàn)光到紫外光的所有波段的光；而日光燈的光則要單調(diào)多了，只有波長(zhǎng)不連續(xù)的幾種光，不過(guò)通常來(lái)說(shuō)，混合的基礎(chǔ)中總有紅光和藍(lán)光，這正是植物需要的特定光線。葉綠素a負(fù)責(zé)吸收紅光波段的光，葉綠素b則負(fù)責(zé)吸收藍(lán)紫光波段的光，正是這兩種葉綠素的相互配合，才喂飽了植物的肚子。因此，在沒(méi)有窗戶的實(shí)驗(yàn)室中，植物也可以在日光燈下健康成長(zhǎng)。

因此，我們可以用太陽(yáng)能光伏電池將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化成電能，然后再利用日光燈等照明設(shè)備來(lái)滿足植物對(duì)光的需求。電影《火星救援》里的主人公也是這么干的。不過(guò)，這樣做會(huì)在轉(zhuǎn)化過(guò)程中損失很多能量。幸好，在太空中，沒(méi)有大氣層的遮擋，太陽(yáng)能電池效率會(huì)比較高，光照問(wèn)題便容易解決了。

雖說(shuō)解決起來(lái)比較費(fèi)事兒，但是光和水只是太空栽培者面前的小障礙，最大的障礙是重力。

對(duì)于地球上的植物來(lái)說(shuō)，莖稈向上長(zhǎng)，根系向下長(zhǎng)，似乎是天經(jīng)地義的事情。但我們發(fā)現(xiàn)，國(guó)際空間站種的植物長(zhǎng)得非常纖細(xì)，并且向著四面八方隨意蔓延。問(wèn)題的核心就在于地球上有重力，而國(guó)際空間站是處于失重狀態(tài)的。

目前，我們還沒(méi)有確切的證據(jù)來(lái)解釋植物是怎樣辨別方向的。比較公認(rèn)的一種說(shuō)法是，植物細(xì)胞里有一些淀粉組成的顆粒，它們會(huì)受重力的影響，沉積到細(xì)胞的底部，從而給細(xì)胞壁施加刺激，這樣一來(lái)，植物就能辨別出天和地了。可以說(shuō)，這些淀粉顆粒就是植物生長(zhǎng)的“指南針”。

就拿擬南芥來(lái)說(shuō)，在失重狀態(tài)下，它們分不清上下，本該拼命伸向天空的莖停下了腳步，就地長(zhǎng)出很多枝枝杈杈，就像是漂浮在水中的一團(tuán)水草。

植物的莖葉尚且找不到方向，像花朵這樣需要精細(xì)生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的就更困難了，這也是植物無(wú)法在太空中良好生長(zhǎng)的關(guān)鍵所在。

現(xiàn)在的科幻電影中提到了一些重力生成的方法，但距離進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)階段還有很長(zhǎng)的時(shí)間。我們還可以去尋找那些控制植物生長(zhǎng)狀態(tài)的基因，通過(guò)改變基因，讓植物適應(yīng)失重和低重力環(huán)境。

我們今天看到的這朵百日菊雖然并不鮮艷，也并不規(guī)整，但是它代表了一個(gè)新時(shí)代的到來(lái)，一個(gè)人類向太空進(jìn)軍的宏大故事的序章。