微重力下難交配 太空植物如何繁殖

科學(xué)家進(jìn)行的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，植物很難在微重力環(huán)境中交配。這一發(fā)現(xiàn)意味著發(fā)展太空農(nóng)業(yè)可能面臨不小的挑戰(zhàn)。此外，這項(xiàng)研究也揭示了重力如何對(duì)細(xì)胞間運(yùn)輸產(chǎn)生影響。細(xì)胞間運(yùn)輸對(duì)植物交配和人類腦細(xì)胞的通訊至關(guān)重要。

目前，重力將對(duì)人類的性行為產(chǎn)生何種影響仍舊是一個(gè)未知數(shù)。如果一項(xiàng)挑選已婚夫婦上演火星之旅的私人計(jì)劃付諸實(shí)施，科學(xué)家便有望了解這種影響。植物的交配是一個(gè)絕佳的研究對(duì)象，可用于了解細(xì)胞之間如何運(yùn)輸物質(zhì)。

降落柱頭（開(kāi)花植物的雌性器官）上后，花粉粒會(huì)生長(zhǎng)出花粉管，充當(dāng)一條輸送精細(xì)胞的管道，讓它們與卵子結(jié)合。花粉管細(xì)胞的生長(zhǎng)速度在植物王國(guó)居于首位。研究參與者、加拿大蒙特利爾大學(xué)生物學(xué)家安吉·戈特曼表示，這種快速生長(zhǎng)對(duì)實(shí)時(shí)研究細(xì)胞間的運(yùn)輸非常重要。如果是其他植物細(xì)胞，科學(xué)家不得不等待幾周時(shí)間，才能觀察到它們對(duì)重力的反應(yīng)。相比之下，花粉管內(nèi)的反應(yīng)只需要短短幾秒鐘。

花粉管也是一個(gè)用于研究細(xì)胞間運(yùn)輸機(jī)制的出色模型，因?yàn)樗鼈兏兄坏街亓Α；ǚ酃艿娜魏畏磻?yīng)只能因重力的物理效應(yīng)所致，而不是細(xì)胞感知到重力，隨后相應(yīng)改變自身行為。一些植物細(xì)胞能夠感知到重力，根部細(xì)胞中的微小結(jié)構(gòu)平衡石能確保植物的根往下生長(zhǎng)。花粉管的生長(zhǎng)追隨雌性植物釋放的化學(xué)信號(hào)，因此無(wú)需重力信息。在這種情況下，它們就變得和任何帶有細(xì)胞核的細(xì)胞一樣，例如動(dòng)物細(xì)胞。

在此項(xiàng)研究中，并沒(méi)有花粉管被送入太空。戈特曼和同事利用歐洲航天局的設(shè)施進(jìn)行研究。他們利用一個(gè)直徑8米的離心機(jī)，讓正在生長(zhǎng)的花粉管暴露在20克（地球重力的20倍）的重力環(huán)境下。此外，他們還將花粉管放入歐洲航天局的隨機(jī)定位機(jī)，利用這臺(tái)機(jī)器讓樣本以特定的速度朝著各個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，消除來(lái)自每一側(cè)的引力效應(yīng)，進(jìn)而模擬太空的微重力。戈特曼在接受美國(guó)《生活科學(xué)》雜志采訪時(shí)表示：“這并不是真正意義上的零重力。施加于樣本的重力始終保持在1克，但方向發(fā)生改變。”

研究人員利用顯微鏡對(duì)樣本進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。研究發(fā)現(xiàn)顯示花粉管可能無(wú)法感知到哪個(gè)方向是上，雖然重力仍舊產(chǎn)生影響。在模擬微重力環(huán)境下生長(zhǎng)的花粉管直徑比1克環(huán)境下的花粉管小8%。在5倍于地球重力的環(huán)境中，花粉管的直徑比1克環(huán)境下大8%，20倍地球重力環(huán)境下大38%。在模擬微重力環(huán)境下，花粉管的表面膨脹率下降了39%。

形成花粉管基本上就是一項(xiàng)微型細(xì)胞建筑工程，細(xì)胞運(yùn)輸小泡，沿著花粉管的生長(zhǎng)方向擴(kuò)建細(xì)胞壁。研究人員發(fā)現(xiàn)纖維素和胼胝質(zhì)的移動(dòng)在高重力和微重力環(huán)境下遭到破壞。戈特曼說(shuō)：“這些細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞間運(yùn)輸在確定的通道內(nèi)進(jìn)行。在高重力和微重力環(huán)境下，這種運(yùn)輸受到影響。”

戈特曼表示，動(dòng)物的繁殖與植物的繁殖存在很大差異，因此不能根據(jù)這項(xiàng)研究得出任何有關(guān)太空中人類性行為的確切結(jié)論。根據(jù)《斯堪的納維亞婦科學(xué)與產(chǎn)科學(xué)報(bào)》1996年刊登的一篇論文，對(duì)太空性行為的擔(dān)憂包括輻射暴露對(duì)胎兒發(fā)育的影響以及微重力的不明影響。

微重力下植物交配的研究發(fā)現(xiàn)對(duì)人類并非毫無(wú)意義。戈特曼表示，“細(xì)胞間運(yùn)輸對(duì)人體細(xì)胞非常重要，尤其是神經(jīng)元細(xì)胞。”根據(jù)《先進(jìn)太空研究》2002年刊登的一篇有關(guān)魚(yú)類大腦的研究論文，微重力會(huì)對(duì)突觸的形成產(chǎn)生影響。根據(jù)美國(guó)宇航局2012年公布的一份研究報(bào)告，宇航員的認(rèn)知功能在太空中下降，具體程度因人而異。造成這種現(xiàn)象的原因包括睡眠剝奪和輻射壓力，不過(guò)，沒(méi)有人知道神經(jīng)細(xì)胞的細(xì)胞間運(yùn)輸是否也是一個(gè)因素。

戈特曼說(shuō)：“很多神經(jīng)疾病與細(xì)胞間運(yùn)輸有關(guān)，例如亨廷頓氏舞蹈癥、帕金森氏癥以及阿爾茨海默氏病。”人類需要了解太空中的植物交配，因?yàn)樵陂L(zhǎng)期太空任務(wù)或者對(duì)其他行星進(jìn)行殖民過(guò)程中，我們需要植物滿足自身食物需求。戈特曼在一封電子郵件中指出：“如果我們希望在太空中進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，我們必須考慮這個(gè)因素。為了進(jìn)行長(zhǎng)期植物種植，我們必須尋找能夠在零重力環(huán)境下進(jìn)行繁殖的物種。”