種子送上太空,為什麼會發生變化?未來會有太空豬肉嗎?

2021-01-13 諸葛侃物

一批約重40克水稻種子,搭載嫦娥五號在月球遨遊23天後,順利返回地球,這標誌著我國水稻育種首次完成深空空間誘變試驗的搭載,具有裡程碑式的意義。人們不禁發問,我們地球的種子送到太空會發生什麼變化,為什麼會發生變化?

嫦娥五號搭載的種子。葉青攝

最早將種子送上天,是在1946年7月9日。美國發射的V-2火箭把「特別開發的種子菌株」帶到了距地面134千米的高空(高度屬於近地空間高層大氣),這也是最早前往宇宙空間的生物,不過這些樣本並沒有回收。

1946年7月30日,玉米種子也上了天,而且成功回收,接著是黑麥和棉花的種子。有很多太空飛行器攜帶活的植物上天,不過植物通常都死掉了。

1971年,阿波羅14號宇宙飛船(Apollo 14)甚至帶著500粒樹的種子,繞著月球飛了24圈,又把它們帶回來種在了地球上,不過這些長大的樹並沒有發現有什麼不同。

除了簡單「帶上天」的植物及其種子,很快科學家開始嘗試在宇宙中培育植物生長。而第一個想著將種子送上太空的商業公司,是美國派克種子公司。

美國NASA航天局,為了討好納稅人,讓民眾有參與感,發揮民間創造力,出臺了「遠射」項目,也就是讓個人或者團體設計小型太空實驗。 1983年,美國派克種子公司首先想到利用遠射項目,他們決定讓自己的種子享受一下太空旅行,美其名曰要看一看種子在太空這種極限條件下能不能保持活力。於是乎在1983年4月4日,一批水果與蔬菜種子,約重11.3公斤,飛向了命運未測的太空。

但這次種子太空旅行,時間較短,回到地球後,種子沒有發生任何變異,照常發芽、成長、結果,甚至連味道都一樣。於是,他們進行了第二次實驗,將1450萬粒種子遠射,其中絕大部分是番茄。原計劃「長期」只是一年,但是飛船出了問題,收不回來了,轉眼6年過去,飛船軌道離地球越來越近,差不多就要跟大氣層摩擦燒毀時,哥倫比亞太空梭把它給拯救回來了。

NASA向全世界學校等教育機構與科研人員免費贈送太空種子子。於是, 美國中小學興起大種太空番茄的熱潮。太空番茄收穫了甚多讚譽,「有味」,「甜啊」,「皮厚」,「好」,「又紅又圓」,「更好採摘」,不勝枚舉。

隨後有人質疑這些太空變異的植物,有毒。一時間人心惶惶,最後人們開始在豬、寵物等做試吃實驗,發現它們越來越健壯,有毒的謠言不攻自破。

我們可以試著分析,太空種子為什麼會產生變化。這一切絕大部分源於太空中大量存在的宇宙射線的影響。宇宙射線,是來自外太空的帶電高能亞原子粒子。在地球大氣層外的宇宙射線,要比地球上的本體輻射多千倍。在大氣層外,每秒約有一個質子或更重的原子核穿過指甲大小的面積,總共每秒約有5000個離子貫穿太空人的身體,打斷體內的DNA中的化學鍵,引起一連串電離反應。這種輻射劑量,對沒有屏障的太空人是致死劑量。

這種原理,就跟地球上的核輻射有點相似。車諾比核洩露事件後,當地出現了大量的畸形兒和變異的動物。那麼為什麼我們不在地球上實驗核輻射種子,而要花費代價將種子送到太空。

答案是我國確實在做核能育種的實驗,而且是從上世紀50年代就開始了。核能育種,是通過核輻射來讓農作物的種子發生DNA突變,之後通過一系列複雜的培育程序,從中篩選出新品種進行重點培育,試驗成功後,再進行大規模的種植。這與將農作物的種子帶去太空,在完全真空的環境中,通過太空輻射等讓種子細胞發生突變,返回地球後,從中篩選,原理是一樣的。

而且核能育種要經過複雜的多道工序,所選用的儀器也都是非常精準安全的,只是通過破壞種子的細胞DNA,來讓它們發生突變,改變的是它們的成熟期、產量能力等,並不會讓它們產生毒素,所以大家也不用擔心核能育種會影響到食品健康。

從上個世紀50年代開始,我國在核能育種方面擁有60多年的寶貴經驗,並且在世界上,也是處於核能育種領域的領先地位,已培育上千個新品種,年產15億公斤。如今,每年主要農作物的8%-10%左右,都是核能育種,未來核能育種的種植範圍也將進一步擴大。

那麼為什麼我們還要進行太空種子實驗呢?那是因為太空育種,有很多地球核能育種很難擁有的優勢條件,如太空特殊的高真空,宇宙高能離子輻射,宇宙磁場、高潔淨的誘變作用。太空育種,具有有益的變異多、變幅大、穩定快,以及高產、優質、早熟、抗病力強等特點。其變異率較普通誘變育種高3-4倍,育種周期較雜交育種縮短約1倍,由8年左右縮短至4年左右。世界上只有美國、俄羅斯、中國成功地進行了衛星搭載太空育種。我國是1987年開始將蔬菜等搭載上天。

也就是說,衛星搭載過的種子只有百分之幾甚或千分之幾可能發生變異。儘管這一突變率較之傳統的物理及化學誘變劑已相當突出,但仍有不少種子未發生任何突變或發生負效應突變。

當然,太空蔬菜與轉基因產品還不一樣,太空種植主要是利用太空中失重、輻射等特殊環境誘導基因發生突變從而讓植物產生新的性狀,產生的新性狀有可能是良性的比如抗病性更高,也有可能是非良性的比如抗性降低,性狀的改變是不定向的。而轉基因的基本概念是有目的地通過剪切或嫁接基因片段,使植物具有新加入的基因片段表達的優良功能或者消除某一基因片段表達的不良功能。所以,太空誘變的蔬菜只是其本身的DNA有所變異而非外源性DNA導入,沒有其他危險成分,太空蔬菜是安全的。

育種家往往要經歷至少4至6年的時間,經過選擇、淘汰、試種、審定,最終選育出優質高產的精品。因而,從眾多空間飛行過的種子中篩選鑑定出有希望的真正「太空種子」,就成為一項艱苦複雜的工程。

目前,我國先後30多次利用返回式衛星、神舟飛船、天宮空間實驗室和其他返回式太空飛行器搭載植物種子,已在千餘種植物中培育出700餘個航天育種新品系、新品種,其中特優航2號水稻、航麥96小麥、中棉所50棉花等85個農作物新品種通過國家或省級品種審(認)定。累計種植面積1.5億畝,產業化推廣創造經濟效益2000億元以上。除糧食、蔬菜、水果、油料等農作物品種外,還創製出林草花卉、中草藥新品種和製藥、釀酒等微生物新菌種,獲得了廣泛應用和良好的社會效益。

很多人其實對太空蔬菜,沒有充分了解,認為這些種子只是非常稀有的品種,純粹是耗費航天資源,並沒有對我們日常生活產生什麼影響。但筆者想說的是,太空蔬菜一直在默默地影響著我們的日常飲食生活。只不過我們絕大多數人,不是稻農、菜農、瓜農,即便是農民伯伯有時候也對手裡拿的種子並不了解。很多時候,這些種子都是專業公司集約化種植管理。

可以明確的是,現在,太空蔬菜已經走進千家萬戶,成為我們餐桌上的美味佳餚。例如,太空黃瓜裡鐵和維生素c的含量都大大提高;太空葫蘆可以長到一米長;太空辣椒不僅個大味美,還結出了漂亮的黃色甜椒和紅色甜椒。另外,因為太空蔬菜抗病力強,所以在生長過程中很少使用農藥。

在北京,我們夏天吃的大興西瓜,很多的品種就是來自太空,現已培育出了航星1號、2號、3號、6號4個優質太空西瓜品種。同普通西瓜相比,太空西瓜含糖量可達13%以上,比以甜著稱的「京欣一號」還要甜一度、口感酥脆,脆甜可口,纖維少。

植物工廠

位於福建省泉州市安溪縣湖頭光電產業園內,有座1萬平方米的植物工廠,是全球最大的植物工廠。從這裡培育的太空蔬菜,已經行銷周邊各大超市,雖然價格比普通蔬菜要貴,但依然沒有擋住人們對它的喜愛。

那麼,除了植物,我們還能在太空培育動物產品嗎?就比如現在的豬肉這麼貴,我們能否送豬上太空,引發基因突變,培育出比大象還大的豬嗎?

其實,我國早就在2005年10月份,由神舟六號飛船攜帶了約40g重慶榮昌豬的精液到太空飛行,這是首次將動物的精子送至太空的試驗。神舟六號飛船離地前,精液一部分將放置飛船生物艙內,一部分則放置生物艙外。可惜後續網絡上沒有這次太空豬實驗的消息,筆者大概率猜測,送上天的豬的精子都已經死亡。

然而,國外另一項類似實驗獲得了成功,它就是太空人造肉。2019年,以色列初創公司Aleph Farms首次展示了在地球微重力條件下培育實驗室肉的能力。為了使牛細胞生長,科學家模仿了牛體內肌肉細胞再生的自然環境,所以需要一種稱為「3D生物印表機」的小器皿,該器皿能將活細胞粘在一起,模仿真實的肌肉組織。國際空間站製造的牛肉,不管是外觀還是味道都跟真實牛肉非常接近。

培育牛排的3D印表機

但這個太空實驗是一個向公眾展示試管肉潛在意義的宣傳手段。太空中沒有水和耕地來養牛,這正是人們可以用極少的資源來生產肉類的絕佳證明。也就是說,這種實驗也可以在任何地方,隨時隨地實現,這次太空實驗的最大作用是可以給太空人提供食物,為未來人類走向更遠的太空做準備。

好了,最後我們還剩下一個有趣而大膽的實驗:未來的人類孕婦如果選擇在太空懷孕生子,會比愛因斯坦還聰明嗎?或者說把人類的精子送上太空,能否讓人類不用等上千萬年的進化,直接變成「超級賽亞人」一樣的存在?

相關焦點

  • 種子在太空會發生基因突變,人類卻沒事,難道我們適應太空生活?
    有的人很好奇為什麼種子進入太空下來會發生可見的變化,但是人類進入太空後卻相安無事。難道人類更加適應太空生活?實際上並非如此,進入太空的種子會被誘發進行基因突變或者變異,當種子被種植長大,開花結果後就會體現出突變後基因的性狀,這個性狀對於人類來說有好有壞。
  • 種子登上太空後會變大?那人類登上太空後會變大嗎?
    許多媒體都曾報導過太空種子的故事,在我們的意識裡,在地球上一顆普普通通的種子,在登上太空之後再種植下去,就會得到體型變大的果實。於是有人會問,既然種子登上太空之後,再繼續種植下去後代會變得很大,那人類登上太空之後,他的後代也會變得很高很大嗎?
  • 為什麼把種子送上太空再下來種,種出來的東西比較大?
    在數學上,有一個詞叫做「倖存者偏差」,意思是指如果我們只看到經過篩選後的結果,而沒有意識到篩選的過程,將會忽略掉被篩選的關鍵信息。把種子送上太空再去種,種出來的植物果實都非常大,就是典型的倖存者偏差。我們知道,太陽會向外散發紫外線和太陽風,它們都是高能粒子,能夠有一定概率摧毀遺傳物質,導致基因發生變異。
  • 為什麼把種子送上太空再下來種,種出來的東西比較大?
    在數學上,有一個詞叫做「倖存者偏差」,意思是指如果我們只看到經過篩選後的結果,而沒有意識到篩選的過程,將會忽略掉被篩選的關鍵信息。把種子送上太空再去種,種出來的植物果實都非常大,就是典型的倖存者偏差。太空果實的培育雖然媒體經常報導太空果實是搭載太空飛行器,經歷太空環境之後再返回到地球表面的種子。
  • 為啥上過太空的種子會結出比較大的果實
    現在我們人類的能力可大了,不僅可以上天入地,還可以去到月球上轉悠一圈。而且人類自己上去了還不過癮,還會拉上地球上的一些瓜果蔬菜跟自己一同去太空上遊玩一圈。也沒有問過這些蔬菜瓜果同不同意。但是我們將它們從太空中帶回之後,發現這些小傢伙們竟然能夠長出更加大的個頭了,這到底是為什麼呢?難道這些小東西知道自己去太空旅遊了一圈,回來後就膨脹了嗎?為了了解這個事實,我去採訪了一些一個從太空回來的番茄。
  • 「飛上」太空的雲南普洱茶會發生哪些變化?四方將聯合研究
    會上,雲南省科學技術廳、雲南省太空生物科技發展促進會、雲南農業大學以及雲南中茶茶業有限公司共同籤署協議,將對成功搭載新一代載人飛船試驗船並返航、已成為重要的航天誘變技術農業作物育種研究樣本——中茶牌大紅印普洱茶進行專項課題研究。據介紹,在2020年5月5日進行的中國新一代載人飛船試驗船發射中,雲南將辣木、核桃、花卉和普洱茶等高原特色物種送上太空。
  • 太空電梯會是太空旅行的未來嗎?
    【太空電梯】利用火箭進入太空是非常昂貴的一個途徑。根據NASA的一份報告指出,在2018年他們要向俄羅斯付約$4.9億才能把六個太空人送上太空,也就是$8200萬一個席位。在地球地面有一個非常重的錨把纜繩牢牢地束縛在地球上,在頂端則是一個平衡錘支撐著纜繩,平衡錘可以當成一個空間站。
  • 人類的未來會被太空垃圾毀滅嗎?
    在茫茫無際的宇宙中,每時每刻都在發生著宇宙爆炸的事情。宇宙也許正是由於不斷地爆炸中所形成的。至今還沒有確切的證據證明宇宙是在什麼情況下,在什麼特定條件下,所形成的個體。宇宙中是在是太大,所以不是每一個謎都是可以解開的。再向宇宙發射觀察用的太空望遠鏡時,我們終於可以觀察到宇宙的一角。
  • 地球的質量會發生變化嗎?會發生什麼樣的變化?
    地球很「忙碌」,每天都有寶寶出生,每天都有高樓拔地而起,每天都在發生變化我看到網上許多人在問人口增長會導致地球質量增加嗎? 我們從小孩變成大人,我們自身的質量發生變化,但是這種變化來自於地球現有物質,並不會影響地球質量,我們只是將食物轉化為能量供我們生長。 那麼有哪些原因會導致地球質量發生變化呢?目前地球總質量是增加還是減少呢?
  • 漂浮在太空中的屍體會腐爛嗎?萬一掉到別的星球會進化出新生命?
    一般意義上的太空就是啥都沒有的地方,所以這是一個高真空的環境,當然太空的環境還要比真空複雜一些,除了沒有空氣以外還存在高能射線,宇宙塵埃和微隕石,以及太陽的高能粒子和強光輻射,所以在這個環境中變化是比較複雜的。
  • 飛上太空的兩位雙胞胎兄弟發生了什麼變化?現在怎麼樣了?
    人類對於太空的探索已經進行了幾百年,1961年4月1日,人類歷史上第一位太空人被送上太空,之後的十一年內陸陸續續的有六次載人登月飛行計劃的實現,為人類對於太空的探索做出了傑出的貢獻。在未來,人類進行星際航行是不可避免的,一次去往火星的旅途就要幾個月到一年的時間,那麼,長時間在太空的停留會對太空人造成什麼樣的影響呢?
  • 太空人太空生活6個月,身體發生變化,馬斯克火星移民會實現嗎?
    在馬斯克提出要將100萬人送上火星之後,一直在為自己的目標努力著,希望在月球上首先建立起人類的根據地,身體中的端粒和線粒體功能都受到了非常嚴重的影響,因為在太空環境中失去了地球磁場和大氣層的保護,將人體直接暴露在太空輻射當中,雖然有防護服的保護,但這並不是萬全之策,宇宙中還有失重時差等一些不利於人體的現象出現,那麼這些太空人的身體到底發生了哪些改變呢?
  • 星鏈:42000顆被送上太空的小型衛星是否會釀成太空版的「911」?
    目光再轉向其他民營太空企業,衛星發射的競賽只會愈演愈烈——英國的一網(OneWeb)衛星公司(該公司在2019年11月19日確定將在三亞市以合資的方式建立該公司在亞洲的首個衛星地面監測站)以及其他公司聯合亞馬遜,也在緊鑼密鼓的籌備將數千顆衛星送上太空。
  • 令人驚奇的太空生活,太空人的身體會有怎樣的變化?
    我們知道人是生活在地表的,重力對人的生活和進化有著重要的作用,而一旦失重人體會發生各種異常,那麼太空中失重對身體都有哪些影響?為人類的未來航天研究提供了豐富的數據。結合以上科學數據,推測太空中失重人體會發上以下變化,體重減少史考特·史密斯和他的研究團隊跟蹤並分析了他們的血液和尿液樣本,研究人員發現不僅體重減少,而且葉酸增加。
  • 人類骨灰被送上太空進行安葬,你知道還有哪些形勢的太空葬禮嗎
    以往我們會吃飯看電視,現在我們開始吃飯的時候看手機。這就是科學給我們帶來的巨大變化,同時我們也能夠感覺到,隨著日新月異的科學發展,人類的生活模式將越來越不同。近日有一個讓人十分驚訝的事情傳來,那就是人類的骨灰在十二月四日的時候,被送上太空進行安葬。這一百個人將會在滿天的星光下自由翱翔,他們選擇這樣的方式安葬自己,確實是一種讓人十分震驚的舉動。
  • 人在太空中死去身體會腐爛嗎?會凍結還是會爆炸?
    無論是在漫長的太空旅程中死亡,還是在太空行走中失去控制,或者是在沒有太空衣的情況下進入真空……究竟會發生什麼呢?此時,人的身體會腐爛嗎?會凍結?還是會爆炸?最後,對於那些正在把火星視為退休地點的人來說,如果有人死在漫長太空之旅的宇宙飛船上,會發生什麼?
  • 科學菌:太空垃圾未來會將人類困在地球上嗎?
    東方紅衛星在發射的時候就有一個科學目標,讓世界上所有的人能夠看見,所以它採用了72面體的結構,每一面都能很好的反射太陽光,所以這顆衛星利用望遠鏡是看得見的。因此我們知道我國的第一顆衛星現在也以」太空垃圾「的身份在繞地球運行。當然前蘇聯雖然現在在了,但是它們發射的衛星現在絕大部分在地球軌道上告訴著人們當年的崢嶸歲月。
  • 為什麼NASA會在太空烤餅乾?這是一件雄心勃勃的計劃!
    烤餅乾在地球上很容易,但在太空中烤餅乾會怎樣?近期Nasa讓太空人有機會做一件以前從未有人做過的事:在太空烤餅乾。當然被拿到太空中的烤箱並不是我們地面上使用的家用烤箱,而是「零重力烤箱」這是一種專門用於在太空站微重力環境下烘烤而設計的。
  • 第一個被人類送上太空的動物是什麼?
    現在人類已經能夠乘坐火箭進入太空,甚至還有軌道空間站可以停留。但是,在人類登上太空之前,我們也曾經進行過許多動物實驗。我們不禁要問,第一個被人類送上太空的動物是什麼呢?實際上,早在1947年2月20日,已經有地球上的動物,乘坐火箭前往了太空,而且還成功地返回,為科學家們收集了許多數據。而這種火箭,就是著名的V-2火箭。二戰結束之後,美國從德國得到了大量的V-2火箭技術人員。美國人不僅把這些火箭用作軍事用途,同時開始進行一些科學實驗。從1946年開始,軍方在V-2火箭上發射了一系列生物樣本。
  • 人體直接暴露在太空中會發生什麼?
    那麼如果他們不穿這些防護服,身體的表面直接裸露在太空中會發生什麼呢?,但是答案都是眾說紛紜的,有人說如果直接暴露在太空中,會由於空氣的瞬間擠壓從而人體就會發生爆炸,還有說由於氣壓的瞬間失衡,我們體內的血液會在一瞬間沸騰,而血液在一瞬間沸騰自然也會使得我們的身體爆炸。