月球土豆是什么味道？嫦娥四號去月球種菜了！
隨著嫦娥四號在月球背面馮卡門環形山中低調著陸，中國新的一次月球勘探任務正式開始了。和嫦娥三號任務一樣，嫦娥四號上也搭載了“玉兔妹妹”月球車在內的許多科研載荷。但大家未必聽說過，嫦娥四號的著陸器上還搭載了一個由重慶大學研制、非常具有“民族特色”的小型科研科普載荷：月面微型生態圈。
月面微型生態圈：月亮上種土豆
雖然這個外觀像個保溫飯盒的載荷只有三公斤重，容積不到一升，但卻肩負著一個光榮而神圣的任務：在月亮上種土豆。載荷雖然不大，但零部件卻不少。這個載荷罐帶有一套半導體溫控設備，攜帶了一些培養基（土壤），水、空氣、土豆種子、擬南芥種子，棉花籽，一些微生物（酵母等）和果蠅卵。值得稱道的是，這個罐子的頂部還留有陽光導管，可以把嫦娥四號外表面接收到的日光照射通過光纖傳導進載荷內部。
那它是怎么工作的呢？在發射到落月前的階段，溫控設備會把載荷內部控制在一個較低的溫度，土壤也會保持干燥，使植物種子和蟲卵處于休眠狀態。而當嫦娥四號在月球表面著陸，太陽能帆板正常打開之后，溫控系統將把載荷中的“土壤”和空氣調整到合適的溫度，并向土壤中放水，刺激植物發芽。在植物生長的過程中，傳導進載荷內部的太陽光將會起到促進光合作用的功能，光合作用中產生的氧氣可以用于供給動植物及微生物的呼吸過程。在植物生長中產生的枯枝敗葉，又可以被微生物分解掉。而微生物和它的代謝產物也可以成為蛆寶寶出生后的食物來源。在這個過程中，微生物和蛆寶寶（以及長大后的果蠅）也會不斷通過呼吸作用放出二氧化碳，反過來又能為植物的光合作用提供原料。動物，植物和微生物的發育生長構成了一個微小的閉環體系。在整個實驗程序里，載荷中的監控相機將會不斷向地球傳回照片，這也將是人類第一次實時觀測到地球農作物在另一個星球生長的畫面。（根據最新消息，向土壤中加水的步驟已經取得成功，正在等待植物發芽。）
微型生態圈試驗載荷（圖片來源：新浪新聞）
作為一次無人參與的試驗性任務，這一載荷當然沒有攜帶大量的水和空氣。也是因為這個原因，實驗預定將于果蠅幼蟲出生，土豆、擬南芥發芽開花后宣告結束。（作者吐槽：在月球上養蛆還是一種很特別的體驗呢……）這一過程將會持續約三個月。這一過程將會持續約三個月。但即便實驗一切順利，我們最終也不會收獲到在月球上耕種出來的土豆。所以想吃月球土豆的吃貨同志們，還需要稍安勿躁，坐等下一階段的載人登月任務。
在航天員實際登上月球之前，就對在月球表面進行多種農業生產進行摸索，也算是體現了我國“農業大國”的特色了。不過嫦娥四號任務，并不是中國第一次在地表以外進行生命科學實驗。我國太空生命科學實驗的先行者，是前幾年發射的實踐十號衛星。
實踐十號衛星：哺乳動物胚胎在太空發育
2014年，我國對一顆庫存未啟用的尖兵返回式偵查衛星進行了適應性改造，加裝了溫控系統、避震系統和輻射控制系統，使其具備了進行微重力生命科學實驗的能力。在這顆衛星的返回艙內，搭載了由中國科學院下屬上海生命科學研究院、動物研究所、遺傳與發育研究所、上海技術物理研究所以及浙江大學等單位研發的九個生命科學實驗載荷。
（圖片來源：中國科學院）
在這次在軌時間不到兩周的任務中，我國的科研人員取得了十分喜人的成果，中科院動物所主持的“微重力條件下哺乳動物早期胚胎發育研究”載荷，在國際上首次在太空微重力條件下觀測到小鼠早期胚胎在體外從雙細胞發育到囊胚階段的全過程。在由動物所負責的另一項研究項目中，科研人員首次發現小鼠造血干細胞在太空微重力環境下的增殖分化情況與地面實驗有顯著的不同。在高等植物空間培養實驗中，上海植物生理生態研究所的科研人員還收獲了第一株在太空中綻放的擬南芥花朵。
實踐十號部分載荷任務介紹（圖片來源：中國知網）
不過，實事求是的說，作為中國第一次真正意義上的空間生命科學實驗（原來那種近乎玄學的空間輻射育種不算），實踐十號上進行的這些實驗并沒有達到令人驚艷的地步。其中大部分的實驗仍然是在近地軌道上利用失重環境進行特殊條件下的細胞和組織培養并顯微觀察細胞形態，絕大部分項目仍以采集隨衛星返回后的生物樣本為最終目的。其中部分載荷設備的技術水平仍然較為有限，能夠在軌測量的數據基本上只有明場/低倍熒光顯微鏡拍攝的圖像，且載荷運行的自動化水平仍然稍顯不足。而這對于高度依賴于分子生物技術的現代生命科學研究來講，是遠遠不夠的。
天舟一號：空間生物實驗技術上新臺階
我國的科研工作者并沒有止步于此。在2017年成功完成的天舟一號貨運飛船/天宮二號空間實驗室任務中，就搭載了不少經過技術改進的生命科學實驗載荷。值得注意的是，在天舟一號和天宮二號上，除了依舊由中科院負責的植物生長長期觀察實驗（由上海生科院植生所牽頭，搭載在天宮二號上，有人參與）和肝干細胞發育分化實驗（由中科院動物所牽頭，搭載在天舟一號）外，還有由許多其他單位負責的生命科學實驗。其中包括了由西北工業大學、清華大學、浙江大學、香港浸會大學、解放軍軍事醫學科學院以及中科院動物所聯合完成的骨細胞定向分化實驗，以及北京理工大學牽頭的空間微流控芯片生物培養與分析實驗（均搭載在天舟一號上）。
由于執行這次任務的天舟一號貨運飛船并沒有返回功能，且天舟一號發射時，天宮二號空間實驗室正處于無人值守的狀態。因此，天舟上的所有的實驗操作都需要高度自動化，且實驗結果的獲取完全依賴于回傳數據。這就意味著相比實踐十號而言，天舟一號的所攜帶的生物實驗載荷的技術水平要上了一個大臺階。
這一輪實驗中有人參與的部分，許多很有意思的實驗成果已經被公開了，其中包括逗得大家捧腹大笑的“景海鵬玩蠶”，和后來廣受大家注意的“天宮種水稻”。（大家可以關注下知乎問題：太空中植物是怎樣生長的 ）但天舟一號上那些無人參與的實驗項目，由于涉及大量較為復雜的的后期數據處理，論文整理等過程，至今仍沒有太多結果公諸于世。但作者相信，今年年內學術界就將逐步接觸到這些實驗中獲得的具體科研成果。
景海鵬玩蠶（圖片來源：截圖自新華網視頻）
航天生命科研向兩個方向推進
經過這些年的發展，中國也在逐漸走出一條很有自己特色的航天生命科學發展道路。依作者愚見，我國的航天生命科學研究正在向兩個方向穩步推進，第一個大方向主要著眼于空間生物醫學研究。
上文中提到的天舟一號上開展的肝干細胞和骨細胞相關實驗，以及實踐十號上進行的小鼠胚胎發育研究就是其中的典型代表。這個方向的主要研究目標是從機理上探尋長期的微重力，高輻射環境，會對人體的各項系統產生何種影響。中國在這個方向的研究比美，俄等航天強國起步要晚得多，且目前尚未達到國際空間站上的科研技術水平。其中，在軌自動采樣，小型化多色高分辨率熒光顯微鏡，在軌快速生物分子分析等技術似乎仍處于空白狀態。不過，任何技術的發展都不可能一蹴而就，指望中國通過一兩次實驗就在空間生命科學領域超越美國等傳統航天強國也是不現實的。
第二個大方向就是以嫦娥四號上正在進行的種土豆實驗為代表的人造生態圈。這一方向的研究主要著力于為人類未來在其他星球長期自給自足生存進行必要的摸索。我國在這方面的研究開始得非常早，北京航空航天大學在此方向已經深耕十余年，于2014建造出了模擬未來中等規模月球基地的月宮一號，并于去年（2018年）完成了自給自足駐留長達一年的“月宮365”實驗。在這輪地面實驗中，八名志愿者在密閉的月宮一號里成功種出了大豆、小麥、胡蘿卜、西紅柿、草莓等農作物，為未來的月面長期駐留積累了寶貴的經驗。雖然此次嫦娥四號搭載的“微型生態圈”只能算是月宮生態圈的“迷你版贈品”，但無論怎么說，也是生態圈實驗從地面向太空發展的第一步。
月宮一號結構圖（圖片來源：自月宮一號官方微信公眾號）
讓我們祝福嫦娥四號！祝福小兔子！同時也祝福嫦娥四號上面搭載的月面微型生態圈！希望在三個月之后，我們能看到幾朵美麗的土豆花！當未來的人類真正能在月球或火星上自給自足得長期生存的時候，人們一定不會忘記第一個在月亮上種土豆的嫦娥四號，也不會忘記像實踐十號、天舟一號那樣默默無聞，卻為人類長期太空駐留的研究做出了重大貢獻的任務。
土豆花（圖片來源：農業部官網）
【來源：新浪科技綜合】
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