種子在太空中的奇妙變化

□ 郭銳

種子在太空中的奇妙變化

□ 郭銳

航天育種就是用返回式航天器或高空氣球搭載植物的種子去外太空玩耍一圈。那么，一顆種子到太空旅行后會發(fā)生怎樣奇妙的變化？兩個字：變異！準確的說是種子的DNA排序發(fā)生各種不可控的變化。那么，種子在太空中為什么會發(fā)生變異呢？

“暈菜”的種子和被步槍打中的“哥斯拉”

一方面，太空種子所處的環(huán)境，總體上導致種子遠離了曾經(jīng)一代代適應(yīng)了億萬年的地球表面，其內(nèi)部的各種組成，都開始有點“暈菜”了。

最明顯的是，原本按地球表面重力、磁場等的強度和方向來維持平時自我狀態(tài)及相互關(guān)系的某類細胞、某個基因甚至某群分子，以及其內(nèi)部某股生物指令信息的產(chǎn)生、傳遞、作用等，現(xiàn)在都“亂”了，自我狀態(tài)、相互關(guān)系等狀態(tài)一定會變，而且變了以后就很難再調(diào)整回來，一定會影響到將來發(fā)芽時的生長。再考慮到宇宙空間還同時具有真空程度極高、溫度相對很低、周圍又極其潔凈等因素，也都是地球表面不可能同時具備的，也會對植物種子內(nèi)部各組成單元的運轉(zhuǎn)產(chǎn)生較大影響。

另一方面，也是更重要、更明顯、更關(guān)鍵的方面，就是密集而強大、帶電而高能的宇宙射線，對種子內(nèi)部各組成單元的強烈轟擊。

與組成種子細胞的染色體、DNA、基因、蛋白質(zhì)等各種單元相比，宇宙射線如質(zhì)子束、中子束、α粒子束、電子束、γ射線、超高能中微子束等，都是“次原子級別”的。在宇宙射線面前，種子內(nèi)部的那些細胞，簡直就是一個個龐然大物。如果把某種宇宙射線流的某個粒子比做一顆步槍子彈，那么種子細胞體積，就比地球上曾經(jīng)出現(xiàn)過的最大的恐龍還要大很多很多倍，甚至比美國怪獸電影《哥斯拉》中的變異怪獸哥斯拉還要大很多倍。而種子本身，簡直就像是一座喜馬拉雅山。

正如《哥斯拉》電影所描繪的那樣，人類面對比摩天大樓還要高大的哥斯拉，使用步槍打擊時，步槍子彈肯定不會將哥斯拉“一擊斃命”，哥斯拉甚至在被自動步槍發(fā)射的一連串子彈全部擊中時毫無反應(yīng)。但沒被打死，不代表哥斯拉的身體內(nèi)部沒有受傷。單個步槍子彈對哥斯拉的身體整體沒有什么威脅力，但一定會傷到其內(nèi)部的某根血管、某條神經(jīng)、某個關(guān)鍵。也正是因為如此，哥斯拉的動作才越來越遲緩，最終被人類用成群的導彈干掉。

這個例子，可以用來輔助想象宇宙射線粒子流擊中種子的情況。只不過按比例參照的話，種子的體積比哥斯拉還要大，宇宙射線粒子的體積則比步槍子彈還要小，而且速度還更快，快到了不能再快的光速，能量還更高。如果把某個射線粒子按比例放大到子彈那么大，則子彈在它面前，論速度只是一個上千年才爬出不足一米的蝸牛，論能量只是一個老太太用的“癢癢撓兒”。步槍子彈無法擊穿哥斯拉的身體，可能連一條腿都不能擊穿；而宇宙射線卻可以輕而易舉、簡直就是沒有感覺地穿透任何一粒種子。

但是，就在穿透種子的過程中，宇宙射線流粒子卻命中了某個或某些染色體、基因片段、蛋白質(zhì)等細胞內(nèi)部構(gòu)成單元。這些單元，都是“分子級別”或“次原子級別”的。當這些單元被射線粒子流擊中時，就相當于一個剛剛出殼、尚未長大、殼甲未硬的“小哥斯拉”被步槍子彈擊中了。按這樣的比例，種子細胞相關(guān)單元不但會立即被射線粒子擊穿，而且一定會“受傷”。結(jié)果，從整體上看，種子各細胞都依然是完整的，種子本身外表上也看不出來有什么變化，但其各細胞之內(nèi)的構(gòu)成單元本身，或者說單元之間的相互關(guān)系被改變了。

▲ 植物自然變異

尤其是DNA。不論是動物還是植物的DNA，都具有將生命個體全部特征遺傳給后代的“天賦使命”，所以它的存在就是為了復制自己、復制生命。為了完成這個大自然賦予的使命任務(wù)，它還具備受傷之后馬上就要自我修復的特殊能力。但當它被宇宙射線擊中之后，身上的某個或某幾個基因片段可能移位了、轉(zhuǎn)向了、脫落了；重組修復過程中，并不能完全按照受傷前的固定模樣來恢復。于是，這個變化，就這么保持下來了。當新的基因組合完成之后，這個DNA，在主要表現(xiàn)上與原來的沒有什么大的改變，但一定會在某些局部特征上，或者說今后對細胞工作發(fā)布的各種指令上，出現(xiàn)重大的改變。這種改變，就是基因變異。

不可預知的改變

上面所說的就是植物種子在太空中將會遭遇什么情況，同時又可能會發(fā)生的變化?，F(xiàn)在，估計有人就要問了：既然太空環(huán)境如此獨特，那是不是任意抓一把種子，放到返回式衛(wèi)星或載人航天器上，到太空中轉(zhuǎn)一圈，回來后種到地里，馬上就能獲得全新的優(yōu)質(zhì)品種了呢？

不是的，事情并沒有那么簡單。當種子們被送入太空、暴露到宇宙射線流中時，并不是每一粒種子的基因，都會朝著人類希望的方向發(fā)生變異，甚至也不是每一粒都會發(fā)生變異。這是因為，雖然宇宙射線在太空中無處不在、無時不有，但種子在太空中停留的時間是有限的，也不是360度轉(zhuǎn)遍地球上空的每個位置，所以并不能保證剛好有一股足夠強大的射線流穿過它。

根據(jù)多次試驗的累計統(tǒng)計，送入太空停留數(shù)天的種子，平均只有0.05%～0.5%會發(fā)生可以觀測到的基因突變。就是說，1000粒同樣的種子里面，只有多則5粒、少則半粒，會發(fā)生變異。當然，就是這么一個看似很低的概率，就已經(jīng)遠遠超過只有二十萬分之一的“自然變異”的水平了。而在這些寥寥無幾的變異種子中，朝著抗倒伏、抗疾病、抗蟲害和早成熟、高產(chǎn)量、多開花等好的方向轉(zhuǎn)化的，依然只是少數(shù)。更多的，則是某些重要基因被宇宙高能射線破壞掉，反倒更容易生病了，使得產(chǎn)量變少了。

這是因為，無論是微重力、弱地磁也好，強大的宇宙射線也好，還是它們對種子細胞的綜合影響也好，都不是人類所能主導的。人類的科學技術(shù)雖然已經(jīng)足夠發(fā)達，但還沒有達到能夠預測宇宙射線強度、種類，并加以控制和指揮的程度。宇宙射線是以光速前進的，在它擊中某個目標之前，這個目標是用任何手段都無法提前預知的。因為不存在能夠超越光速的任何信息傳遞手段，所以沒有人能夠預測宇宙射線將來自何方、強度多大、什么類型。人類也不可能發(fā)射什么超光速運行的探測器，跑到遠方先去截獲射線，然后再回過頭來向地球發(fā)出超光速報警信號，通知人類，早作準備。這是完全不可能的。

所以，種子們在微重力、弱地磁的太空中作繞地運行時，一方面一定會受到宇宙高能射線的照射，另一方面卻無法預知會遭遇什么、發(fā)生什么。

▲ 微重力影響

▲ 微重力影響

不過，雖然變異后的種子所占比例不大，甚至少得可憐，但并不代表價值意義不大。這就好比一座金礦，哪怕是世界上最具開采價值的金礦，從成噸成噸的礦石中能夠提煉出幾克、最多十幾克黃金來，就算很不錯了。總不能因為金礦里面“石頭太多、金子極少”，就說它不是個金礦吧！

責任編輯：夏丹

感謝中國航天科技集團公司航天育種研究中心和“我國航天育種未來發(fā)展戰(zhàn)略研究”課題組為本專題提供素材。