來源：公衆号“科研圈”

為了在地球之外生存，人類不光要進食蔬菜，也需要欣賞鮮花。

圖片來源：TIM KOPRA / NASA

來源 the Atlantic

撰文 MARINA KOREN

翻譯 祖玮佳

審校 阿金，劉悅晨

編輯 戚譯引

19 年 1 月初，一簇小巧的綠色植物在月球上發出了嫩芽。

發芽的種子正是由中國的航天器嫦娥四号攜帶上月球的棉花。嫦娥四号是人類曆史上第一個登陸月球背面的空間探測器，那是月球從未向世人展示過的一面。與這些種子一起，地球上的那些适宜它們生存的條件一并被帶了過去：水、空氣、土壤和一個提供植物生長所需溫度的加熱系統。簇擁着的幼苗就像是一小片深綠色的森林，是這貧瘠的月球上難得的一絲生機。

但是，大約一周後，這些幼苗全部枯萎了。

當月球的夜晚降臨，沒有了充沛的陽光照射，航天器附近的月表溫度驟降至-52℃。幼芽的加熱系統并不是為了持久運行而設計的。失去了加熱系統提供的溫度，發芽的幼苗很快被凍死在月球的低溫下。

可能正如你所料，外太空對植物、人類，及其他大多數的生物都不友好，除了一類被稱為緩步動物（tardigrades）的生物——這是一種看起來像小熊的微生物，俗稱水熊蟲。如果你從國際空間站裡拿出一朵雛菊，讓它暴露在太空的真空環境中，花朵很快會凋謝。雛菊細胞中的水分會破壁而出，在太空中以水蒸氣的形式消散殆盡，留下凍幹的花朵。

中國的實驗标志着生物物質在月球上的首次成功培育。（月球上原本就有生物物質的存在，美國宇航局 [NASA]禮貌地将其稱作“糞便收容裝置”。）但其實在多年以前，科學家們就成功的實現了太空中植物的培育。那些被培育的太空植物隻是需要比它們在地球的同類多一些關心和照料。

從拟南芥開始

第一種在太空中成功種植的植物是拟南芥（Arabidopsis thaliana）——一種細長的有白色花朵的植物。1982 年，一株拟南芥在如今已經廢棄的蘇聯空間站——禮炮号（Salyut）上開花結果。人們選擇拟南芥來作為太空“開荒”的先鋒植物出于很多現實考量：拟南芥被植物學家們稱作植物學研究中的果蠅，是一種模式生物，生命周期很短，可以讓宇航員們在有限的時間内開展多項研究和分析。

實驗室培育的拟南芥。圖片來源：Wikipedia, Jucember

如今，國際空間站裡生長着植物，那是人類在地球之外唯一的實驗室。它們被培育在可以提供人造太陽光的特殊培養室内。種子則被種植在營養豐富的物質中，質地類似貓砂，并撒有肥料顆粒。水在空間站的環境下無法自由流動，因而被精心、準确地輸送到根部。在微重力環境下氣體有時會聚結成氣泡，培養室頂部設置的風扇則将空氣推向周圍，保持二氧化碳和氧氣的流動。

空間站中最先進的培養室大小與迷你冰箱相當，配有精确的傳感器監控内部的環境條件，宇航員隻需要定期加水、更換過濾器就可以了。留在地面的科學家們可以控制一切：從溫度、濕度到氧氣、二氧化碳水平。

植物的演化可不是為了适應這種不同尋常的環境。不過宇航員種植了多種植物，如生菜、蘿蔔、豌豆、百日草和向日葵等，它們的長勢都還不錯。“植物适應環境的能力很強，它們也必須這樣——它們不能逃離一開始生長的地方， ”來自 NASA 肯尼迪航天中心（Kennedy Space Center）的喬伊亞·馬薩（Gioia Massa）說，她研究植物在微重力環境下如何生長。

科學家們驚訝地發現，缺乏引力這一塑造我們體内生物過程的重要因素，并沒有影響植物的正常生長發育。在地球上，植物的根系會産生類似掐絲工藝的圖案，因為它們從種子中萌發出來之後需要尋找營養。科學家一直認為這種根的向地性運動在一定程度上受到引力的影響。但在國際空間站上，植物的根在沒有重力引導的環境中仍然表現出了相同的生長模式。

“隻要你給了它對的生長環境，植物并不那麼在意引力，” 馬薩說。

太空農場

對 NASA 來說，空間站上的培養室是地球外的太空農場前身。如果人類前往另一個星球，他們途中将需要足夠的食物。NASA 花費數年時間，努力完善國際空間站中供給宇航員的恒溫或凍幹的前菜和小吃，從炒雞蛋一路發展為照燒雞肉 。國際空間站的首席科學家朱莉·羅賓遜（Julie Robinson）說，即使空間站中提供的食物本身特意延長了保質期，但它們還是會在去往火星的漫長旅程中變質。

對 NASA 來說，空間站上的培養室就像是地球外太空農場的前身。如果人類将要前往另一個星球居住，那麼在途中他們将需要足夠的食物。NASA花費數年時間，努力改善在國際空間站中為宇航員提供的恒溫或凍幹的食物質量，從炒雞蛋到紅燒雞肉。國際空間站的首席科學家朱莉·羅賓遜（Julie Robinson）說，這些食物本身就是為了更長時間的保存而制作的，但以現在的技術，它仍然會在去往火星的漫長旅程中變質。

羅賓遜還說：“如今，面對這麼長時間的旅程，我們還是沒有方法完全保留食物中的營養，即使是凍幹食物也不行。“

未來的火星宇航員可能會随身帶上各種各樣的種子，類似挪威斯瓦爾巴的種子銀行（Svalbard International Seed Vault），以作為第一代作物的“啟動資金”。沒有種子能夠在類似火山灰的火星土壤中生長。火星土壤中缺乏支撐生命的有機物質，在地球上，有機物質由一代又一代的腐爛植物生成。此外，火星土壤中還含有對人體有害的化學物質。宇航員可以用他們攜帶的化學試劑處理火星上的土壤，洗掉毒素，将其轉化為适宜種植的土壤；但可能直接建造跟國際空間站上一樣的培養室更加容易。

位于斯瓦爾巴群島的全球種子庫。| 圖片來源：Wikipedia, Miksu

在火星上，植物很可能被培育在可以調控氣候的溫室裡，紮根于營養豐富的凝膠，沐浴在明亮的光照下，水将通過液态溶液的方式向根部直接輸送，或者從溫室的天花闆上釋放的細小噴霧攝取。想在火星讨生活的任何人，都會需要衆多外太空花園來供養，畢竟你不能在培養皿裡種沙拉。

宇航員已經成功制作出太空沙拉。2015 年，空間站的宇航員被允許試吃 NASA 首個新鮮食品培養室培育出的羅馬生菜的紅色葉子，他們加了一點香醋醬，嘗了一口。“超棒，”NASA 宇航員凱爾·林格倫（Kjell Lindgren）說，“味道真不錯。”

為了做一小盤沙拉，宇航員花了 33 天來種菜。圖片來源：NASA

馬薩表示，地球上還沒有人擁有太空蔬菜的新鮮樣本。空間站上種植的一些植物會被送到地面實驗室進行研究，不過它們通常會被冷凍起來或保存在化學溶液中。 “冷凍可能會更好，但我認為生菜冰棒目前并不會大受歡迎，”她說。

在這些實驗中，NASA的科學家們考慮的不僅僅是營養。純粹種種花、養養草也是非常好的體驗。研究表明，園藝有助于舒緩情緒，保持良好的心理健康狀态。 未來的深空宇航員，多年與同一群人關在一艘小型飛船裡，他們将需要一切可能的情緒調節措施。植物，特别是花卉，用來裝點環境而非食用，可能将有助于身在遙遠外太空的宇航員感受到來自地球的溫暖。

“辛勤培育，用心澆灌，最終開花結果，整個過程令人心情愉悅，”國際空間站科學家羅賓遜說，“不過如果種植失敗，培育的植物因你而死，也真正令人神傷。”

任何滿腔熱情買了一株多肉，幾天後就目睹它莫名枯萎的人或許能體會那種失落。想象一下那種失落在火星上能到達什麼程度吧——去最近的商店可要穿過整個太陽系，于是我們唯一能做的就是再種一株。

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編輯：Shiny

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