圖為1月3日在北京航天飛行控制中心拍攝的嫦娥四號探測器展開太陽翼(示意圖)。新華社記者 金立旺 攝

人類首次在月面的生物生長培育試驗成功，棉花種子成為人類在月球上種植出的第一株植物嫩芽。

據(jù)“嫦娥四號”生物科普試驗載荷項目團隊發(fā)布消息，隨“嫦娥四號”登陸月球背面的生物科普試驗載荷中，棉花種子成功發(fā)芽。

在月球進行生物生長試驗面臨哪些困難?完成登月使命的“神秘旅客”又是怎樣被挑選出來的?為何六種生物中棉花會首先發(fā)芽?針對大眾關(guān)心的話題，科學(xué)家們進行了解答。

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哪些“神秘旅客”

隨嫦娥四號登上月球？

由重慶大學(xué)牽頭的嫦娥四號生物科普試驗載荷內(nèi)搭載了棉花、油菜、土豆、擬南芥、酵母和果蠅六種生物，均放置于密封的生物科普試驗載荷罐內(nèi)。

嫦娥四號為何會帶上這六名“旅客”?據(jù)教育部深空探測聯(lián)合研究中心副主任、生物科普試驗載荷總設(shè)計師、重慶大學(xué)先進技術(shù)研究院院長謝更新教授介紹，由于科普載荷里面的生物空間不足1升，容量和資源非常有限，因此對生物種類的篩選非常重要。除了要實現(xiàn)在月球表面環(huán)境下植物種子發(fā)芽或幼蟲成長的科普目標(biāo)，也要有利于未來進一步開展太空生物學(xué)研究。

“搭載的6種生物看似簡單，卻是我們數(shù)百次試驗選擇的結(jié)果。”謝更新介紹。

篩選本次搭載的生物物種首要條件就是“個子小”。其次，由于月球表面低重力、強輻射、高溫差等極端條件限制，還要求動植物能耐高溫、耐凍，而且能抗輻射和抗干擾。所以團隊從云南深山到新疆沙漠地區(qū)，到處尋找能夠在極端條件下生存的生物物種，挑選了上百種植物進行實驗、篩選。在選擇的過程中，我們還曾考慮過烏龜、蜜蜂、蚯蚓等物種，后來因為耗氧量比較大等原因放棄了。

最終我們從糧、棉、油等人類賴以生存的最基本需求方向出發(fā)，選擇了馬鈴薯、棉花、油菜等種子。其中馬鈴薯是大家熟悉的食物，很可能是以后在太空中的主食;油菜作為重要的油料作物，是太空食物中不可或缺的油料保障。擬南芥、果蠅、酵母是全球科學(xué)家研究生物的模式物種，它們因生長周期短，能夠在短時間內(nèi)展示完整的生命過程而入選。

這6位“神秘旅客”，分別扮演著生產(chǎn)者、分解者、消費者的角色，從而形成一個簡單的微型生態(tài)系統(tǒng)。

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為何棉花首先發(fā)芽？

“它本身適應(yīng)高溫發(fā)芽”

載荷罐在登陸月球后第一天1月3日23時18分加電開機，開始進入生物月面生長發(fā)育模式。

1月12日20時，隨嫦娥四號登陸月球背面的生物科普試驗載荷罐傳回最后一張試驗照片，顯示罐內(nèi)生長出的棉花種子嫩芽長勢良好。

1月12日20時03分34秒地面發(fā)送了生物科普試驗載荷斷電指令，載荷正常關(guān)機。生物科普試驗載荷內(nèi)部在月夜溫度為-52℃的情況下，所攜帶的6種生物將結(jié)束本次科普試驗使命，處于冷凍狀態(tài)。

據(jù)介紹，截至試驗結(jié)束前，未從傳回數(shù)據(jù)中觀測到其它生物生長狀況。

棉花為何會首先發(fā)芽?對此，重慶大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授邱丹表示：“棉花它本身適應(yīng)高溫發(fā)芽，棉花種植就在夏季，不懼怕高溫。棉花首先發(fā)芽也是預(yù)料之中。”

謝更新則說：“種子在月球上發(fā)芽，無疑是在月球上進行生物生長試驗的標(biāo)志性事件。在選擇植物種子的時候，我們會考慮它們發(fā)芽的溫度，比如棉花適合在高溫(超過30℃)的情況下發(fā)芽;油菜、馬鈴薯則是在20℃左右的低溫發(fā)芽。因為不清楚月球表面的具體溫度變化，所以從生物的多樣性上考慮，我們選擇低溫和高溫發(fā)芽的物種都試一試。通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，科普載荷罐體內(nèi)開機后，維持了五六天的30℃，因此此次發(fā)芽的是適合高溫發(fā)芽的棉花種子。它成功地完成了在月球發(fā)芽的任務(wù)。

為了進一步驗證研究效果，研究團隊在地面同步進行了1∶1封閉環(huán)境和開放環(huán)境下的對照試驗。封閉環(huán)境試驗即在相同條件下與科普載荷同步注水，全程與科普載荷傳回的溫度等數(shù)據(jù)環(huán)境保持一致，進行試驗。

截至1月12日，地面對照試驗罐體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)棉花種子萌芽，長勢良好，可觀察到嫩綠的葉子。開放環(huán)境下的地面試驗情況顯示，油菜、棉花和馬鈴薯種子均已萌芽，幼苗呈茂盛生長趨勢。

謝更新介紹，這個項目的意義在于，一是激發(fā)大家的探索精神和創(chuàng)新精神;二是目前搜集的大量溫度、壓力等等實測數(shù)據(jù)，以及項目模式，可為人類今后建立月球基地提供研究基礎(chǔ)和經(jīng)驗。

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種子在月球上如何喚醒？

棉花發(fā)芽突破五大難題

月球上的重力只有地球的六分之一，晝夜間大約有300攝氏度的溫差。來自地球的種子要在發(fā)射場待兩個月，太空飛行需要一個月，種子在路上要怎么保存，到了月球上又要怎么喚醒?

此次試驗突破了生物休眠、“旅途”顛簸、放水控制、密封控制、月面采光五大難題。謝更新介紹，針對長期-57℃低溫微弱漏氣現(xiàn)象，通過結(jié)構(gòu)分析、密封材料性能優(yōu)化等多種方法予以解決;為了使科普載荷能夠在-60℃到-80℃的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的適宜生物生存的溫度，通過20多次熱方案設(shè)計及優(yōu)化，最終確定了由半導(dǎo)體制冷器、電加熱器、散熱片及隔熱措施相結(jié)合的方式，實現(xiàn)科普載荷內(nèi)部智能化溫度控制。

為了解月球上光合作用情況，通過在罐上開孔用光導(dǎo)管引入日光的方式，讓罐內(nèi)的生物接受照射。并通過多次試驗，對導(dǎo)管的方位和角度進行了特別的設(shè)計，避免了月塵對光導(dǎo)管的封堵。

對于放水時間的把控，項目設(shè)計水倉室攜帶了一個裝有18毫升生物專用水的水袋和電磁泵，并對水管口用新型溶劑封口，確保在月球上才會讓水釋放到生物艙表面，為生物生長提供水分。

謝更新說，此次試驗?zāi)玫搅舜罅空滟F的第一手數(shù)據(jù)，項目團隊通過研究生物在月球低重力、強輻射、自然光照條件下動植物的生長發(fā)育狀態(tài)，為人類今后建立月球基地提供研究基礎(chǔ)和經(jīng)驗。下一步，項目團隊將繼續(xù)進行研究探索。

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