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那些去太空旅游过的种子回到地球后变得怎么样

发布时间:2017年12月14日 16:05:51   来源:网络整理

关于移民太空这件事,我们已经讨论了很久,比如乘坐什么样的工具,准备多少费用,但有一个需要解决的关键挑战我们还没好好谈过:那就是如何在远离地球的漫长时间里养活自己。

一次火星之旅需要几个月,深度探索银河系需要更长的时间,为旅行者提供营养食品是一个重大障碍。虽然可以选择储存食物,但是航天器上有承重和空间的限制,新鲜食物又容易过期,在太空种植食物成了必须解决的问题。

这个问题虽然很基础,但不一定容易做到。与地球相比,太空真空的条件相当恶劣。太空中的种子必须能够承受大剂量的紫外线和宇宙辐射,以及低压力和微重力。

第一个太空旅行者其实是种子。1946 年,美国宇航局发射了一枚 V-2 火箭,携带了玉米种子,借此观察它们如何受到辐射的影响。从那时起,科学界已经学到了很多关于空间环境对种子发芽、新陈代谢、遗传学、生物化学甚至种子生产的影响。

天体生物学家 David Tepfer 和 Sydney Leach 最近研究种子们在国际空间站上度过了很长时间后,将如何返回地球。他们在 Expose-E 任务上进行的实验比其他许多国际空间站的种子实验要长得多,把种子放在空间站的外面,而不是外面,直面死气沉沉的太空。目标是不仅要了解长期辐射暴露的影响,还要了解这些影响的分子机制。

种子有防御

种子用坚固的外部种皮保护内部

种子拥有一些显著的特征。首先,它们包含了重要基因的多个副本,科学家称其为冗余。基因冗余在开花植物中是常见的,尤其是像无籽西瓜和草莓等食品。如果一个基因拷贝被损坏,那么还有另一个可用来完成这项工作。

其次,种子的外层含有一种叫做类黄酮的化学物质,它可以充当防晒霜,保护种子的 DNA 免受紫外线的伤害。在地球上大气层能过滤一些有害的紫外线,但在太空中,没有保护层。

这些特殊的特性足以让种子存活甚至茁壮成长吗?为了找到答案,Tepfer 和 Leach 在国际空间站和地球上进行了一系列的实验,用了烟草、拟南芥(一种用于研究的开花植物)和牵牛花种子。

辐射攻击

EXPOSE-R 实验附在国际空间站的外部

EXPOSE-E 实验持续了 500 多天。他们将种子储存在国际空间站的一个单独的层里,这是一种特殊的玻璃,在紫外线辐射中,只有 110 到 400 纳米的波长。DNA 在这个波长范围内容易吸收紫外线。一组相同的种子在国际空间站上,但完全不受紫外线辐射的影响。这一实验设计的目的是观察紫外线辐射与宇宙射线等其他类型辐射的影响。

Tepfer 和 Leach 选择了烟草和拟南芥种子进行曝光,因为它们都有多余的基因组,因此存活的几率很大。他们还加入了一种带有抗生素抗性基因的转基因烟草,该计划是在以后测试该基因在细菌中并确定是否有任何损害。除了正常的拟南芥外,他们还发送了两种基因改良的植物菌株,种皮中含有低和无紫外线保护的化学物质。他们还发送纯化的 DNA 和纯化的类黄酮,这给研究人员提供了广泛的情景,以了解空间对种子的影响。

第二个国际空间站的任务叫做 EXPOSE-R,只包括三种拟南芥种子。由于实验时间较长,持续了 682 天,它们的紫外线剂量增加了一倍多。

最后研究人员在实验室进行了一项地面实验,将拟南芥、烟草和牵牛花的种子暴露在非常高的紫外线下,只持续了一个月。

在各种各样的暴露条件下,是时候看看种子的生长情况了。

研究结果

当种子返回地球时,研究人员测量了它们的发芽率,即根系从种皮上出现的速度有多快。

在实验室里被屏蔽的种子情况最好,超过 90% 的种子发芽了。接下来是在实验室里暴露在紫外线辐射下一个月的种子,有超过 80% 的种子萌发。

EXPOSE-R 装有三种含有多种生物样品的托盘,包括种子

去太空旅行过的种子中,超过 60% 受保护种子的发芽了,而只有 3% 的暴露在太空紫外线种子做到了。

由野生型和基因工程种子共同生长的 11 种拟南芥植物在土壤中无法存活。然而,烟草植物的生长速度却有所下降,但随后几代的生长速度有所恢复。烟草有一种更受欢迎的种皮和更多的冗余基因组,这可能解释了它明显的生存优势。

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