這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)柜可以完成哪些生物學(xué)研究實(shí)驗(yàn)？太空生物學(xué)研究又有著什么樣的重要意義？請(qǐng)任務(wù)組的相關(guān)專家來(lái)為大家講解吧。

為什么有兩個(gè)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜？

生命是一個(gè)高度有機(jī)的復(fù)雜系統(tǒng)，一個(gè)典型的生命系統(tǒng)中，不同的器官、組織、細(xì)胞需要密切配合，才能夠正確地執(zhí)行生命活動(dòng)，完成生物的生命周期。而任何生命活動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，都依賴于細(xì)胞內(nèi)部發(fā)生的細(xì)微變化，例如基因的開(kāi)關(guān)、蛋白質(zhì)的折疊等。

所以，觀察太空環(huán)境對(duì)生命的影響，有兩種完全相反的出發(fā)點(diǎn)：一種是宏觀角度，以生物個(gè)體（包括植物、動(dòng)物等）為對(duì)象，開(kāi)展生物的微重力效應(yīng)和空間輻射效應(yīng)研究，以及空間生態(tài)生命支持系統(tǒng)基礎(chǔ)研究，揭示微重力對(duì)生物個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育與衰老的影響；另一種是微觀角度，以生物組織、細(xì)胞和生化分子等不同層次多類別生物樣品為對(duì)象，觀察這些生物樣品在太空環(huán)境中的變化和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

在兩個(gè)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜中，生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜對(duì)應(yīng)著宏觀角度，主要為植物、水生生物、小型模式動(dòng)物和小型哺乳動(dòng)物等多類別生物樣品提供相應(yīng)的培養(yǎng)環(huán)境與生命保障。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是一個(gè)“太空旅館”，“邀請(qǐng)”一些生物到太空去做客，觀察他們?cè)谔罩惺欠瘛白〉昧?xí)慣”。

生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜示意圖

生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜示意圖

生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜示意圖

而生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜則對(duì)應(yīng)著微觀角度，支持開(kāi)展生物技術(shù)及應(yīng)用研究。形象地講，就是把生物組織、細(xì)胞和生化分子帶到空間環(huán)境中進(jìn)行培養(yǎng)或反應(yīng)，通過(guò)觀察它們的變化和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，試圖尋找到關(guān)于生命最底層邏輯的線索。

生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜：“我在天宮種水稻”

在最初的太空探索過(guò)程中，人們多次將老鼠、狗和猩猩等生物送往太空。但這些早期項(xiàng)目大多進(jìn)行簡(jiǎn)單的搭載實(shí)驗(yàn)，不能很好地控制過(guò)程參數(shù)，往往只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的太空環(huán)境影響驗(yàn)證。

為了全面地了解太空環(huán)境對(duì)于生物整個(gè)生命周期的影響，就需要構(gòu)建一個(gè)適宜的生命支持系統(tǒng)，使得生物在其中能夠完成整個(gè)生命歷程。現(xiàn)在，我們有了問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙，可以長(zhǎng)時(shí)間地在太空中運(yùn)行，生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜中配置了非常多的相關(guān)模塊，用以觀察目標(biāo)生物樣品在太空微重力環(huán)境中的變化。例如，擬南芥、線蟲(chóng)和果蠅等模式生物樣品就可以在生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜中開(kāi)展培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，探索太空環(huán)境對(duì)動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育等各方面的影響。

而在本柜中開(kāi)展的水稻培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)則更是為我們帶來(lái)無(wú)限的遐想。本次實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家將在太空中實(shí)現(xiàn)水稻的萌發(fā)、生長(zhǎng)、開(kāi)花、結(jié)實(shí)等全生命周期的實(shí)驗(yàn)，也就是所謂的“從種子到種子”的實(shí)驗(yàn)研究。可以想象，如果把水稻在太空環(huán)境下變化規(guī)律研究清楚，那太空農(nóng)業(yè)可能就不再是夢(mèng)想，未來(lái)航天員在深空探測(cè)中就可以吃上自己種的食物。

生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜：“雞和蛋就不能一起有嗎？”

生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜中則是另一番景象，在這里的樣品都是需要用顯微鏡才能看到的，因?yàn)檫@個(gè)柜子的研究對(duì)象，不是動(dòng)植物個(gè)體，而是構(gòu)成生物的基本單元——生物組織、細(xì)胞和生化分子，可開(kāi)展包括空間細(xì)胞培養(yǎng)和組織構(gòu)建、空間蛋白質(zhì)結(jié)晶、蛋白與核酸共起源、空間生物力學(xué)等科學(xué)研究。

說(shuō)起細(xì)胞、蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)，我們可能會(huì)想到電視里見(jiàn)過(guò)的高端科研的場(chǎng)景：生物學(xué)家在操作一臺(tái)臺(tái)高端的檢測(cè)儀器，旁邊是各種生物樣品?？墒?，到了空間站的微重力環(huán)境中，航天員能否擔(dān)負(fù)起這樣精細(xì)的工作？

說(shuō)到這里，不得不提到本次生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜的最大亮點(diǎn)：全自動(dòng)！為了方便實(shí)驗(yàn)操作，該實(shí)驗(yàn)柜在設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)了全自動(dòng)的設(shè)計(jì)理念。例如，細(xì)胞組織實(shí)驗(yàn)?zāi)K中，培養(yǎng)單元可以根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)定期的營(yíng)養(yǎng)液更換，全自動(dòng)顯微組件安裝在三維平移臺(tái)上，可以實(shí)現(xiàn)多工位的細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程顯微觀察和巡檢。航天員只需將培養(yǎng)單元裝載到實(shí)驗(yàn)?zāi)K中，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)，就可以開(kāi)展細(xì)胞的增殖分化等實(shí)驗(yàn)，并且可以像看電影一樣實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞等樣品的變化過(guò)程。

這種自動(dòng)化的設(shè)計(jì)，為科學(xué)家在太空開(kāi)展許多復(fù)雜的空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了技術(shù)支持。

在該實(shí)驗(yàn)柜中還將開(kāi)展蛋白與核酸共起源研究，生命起源是國(guó)際上四大前沿科學(xué)問(wèn)題之一。生命的產(chǎn)生和進(jìn)化是與環(huán)境密切相關(guān)的，現(xiàn)有生命起源的基本理論與假設(shè)都是基于有重力的地球環(huán)境。微重力、強(qiáng)輻射等極端空間環(huán)境正是生命“地外起源”的生命種子產(chǎn)生的本源環(huán)境，也恰好為人類提供了一個(gè)原始地球的類似環(huán)境。利用空間環(huán)境來(lái)探索生命起源具有重要的促進(jìn)作用和現(xiàn)實(shí)意義，將為尋找和了解地外生命奠定科學(xué)理論基礎(chǔ)?，F(xiàn)代生命體中蛋白質(zhì)的生物合成受遺傳密碼的調(diào)控，因此，利用空間站環(huán)境，觀察密碼子與氨基酸成肽的對(duì)應(yīng)關(guān)系，研究微重力對(duì)遺傳信息傳遞的影響，可以更好地理解生命的化學(xué)起源分子機(jī)制，并為地外生命的探索提供科學(xué)依據(jù)。

生命作為宇宙中最獨(dú)特的存在，一直以來(lái)都吸引著無(wú)數(shù)好奇的科學(xué)家夜以繼日地進(jìn)行豐富多彩的實(shí)驗(yàn)探究。而將生物實(shí)驗(yàn)室搬到太空，觀察離開(kāi)地球重力影響的環(huán)境下的生命活動(dòng)，對(duì)于我們更加深刻地認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象，有著非常重要的意義。問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的這兩組生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，必將為我們揭示更多生命的奧秘。

（受訪專家：郭林，中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心；鄭偉波，中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所；鄭慧瓊，中國(guó)科學(xué)院植物生理生態(tài)研究所。本文圖片由作者提供。）

責(zé)任編輯：胡惠雯