種菜不易：一帆風(fēng)順的科學(xué)幻想與月壤實(shí)驗(yàn)的挫折_環(huán)球資訊

人類與種菜的淵源始于很久很久以前。

雖然許多過分簡單化的科普材料會把“進(jìn)化”說成是一種單向度的“發(fā)展進(jìn)步”，但事實(shí)上，物種的基因突變從來都是混沌、隨機(jī)而無序的。一些不那么好使的基因突變，也有可能陰差陽錯地發(fā)生并保留下來。在上千萬年之前，當(dāng)人類的祖先還是一群樹棲動物時，一次偶然的基因突變讓我們失去了關(guān)鍵基因，無法自行在體內(nèi)合成維生素C，而這一突變在當(dāng)時沒有形成任何影響——畢竟，住在樹上的人類祖先有吃不完的樹葉和水果，維生素C的補(bǔ)充并無問題。

(資料圖)

* 橙子、橘子等水果中含有大量的維生素C

但是，隨著人類的進(jìn)化，問題就來了。離開了樹木的人類不得不從蔬菜水果中攝入必要的維生素，而當(dāng)野生資源不足時，種植就變成了唯一選擇。

與相對更加重要的糧食作物相比，人類對蔬菜水果的培植要稍微晚一些，但也仍有數(shù)千年的歷史。在三千年前開始形成的《詩經(jīng)》中，就提到了葵、蒲、藕、韭、菌、瓜等諸多蔬菜類食物，其中相當(dāng)一部分是人工栽培的。而即便在維生素已經(jīng)可以通過工業(yè)手段合成的現(xiàn)代，由于食用蔬菜已經(jīng)與人類的文化與習(xí)慣深深融合，因此，蔬菜的培植仍然繼續(xù)發(fā)展進(jìn)行著……而對于試圖走向星辰大海的人類而言，如果要到其它天體上長期定居，那么，在當(dāng)?shù)胤N菜也會成為一個必要課題。

對于這項(xiàng)課題的研究其實(shí)并不罕見，而且在過去的很長時間中，結(jié)論都相對樂觀：在不止一次實(shí)驗(yàn)中，以脫水干燥過的火山灰土模擬的月壤或火星土壤種植植物的努力都取得了成功，這使得許多人相信，在地球之外的土壤中種菜，至少不是件無法做到的事兒。因此，不少科幻作品中“順理成章”地出現(xiàn)了類似的橋段，比如《火星三部曲》等，其中最著名的就是以其科學(xué)知識“硬度”著稱的《火星救援》。

* 電影《火星救援》中，主角在火星上種植土豆

在原著小說中，主角因?yàn)樵谕瓿苫鹦强瓶既蝿?wù)、準(zhǔn)備返回地球時意外被擊傷，因此被困在了火星表面，而救援將在很久之后才會抵達(dá)。為了確保自己生存下去，他找到了幾個本來打算用于節(jié)日慶祝聚餐的生土豆，將它們播種下去作為糧食——自然，作者也很清楚，極度干燥、貧瘠的火星土本身無法直接用于種土豆，不過，在小說中，主角設(shè)法弄到了足夠的水，并利用糞便中的有機(jī)物和微生物改造了土壤，然后進(jìn)入了按部就班種植和收獲土豆的階段。哪怕為了戲劇性，故事中被強(qiáng)行安插了幾個意外，但最后的結(jié)局依然是土豆?jié)M倉、有驚無險(xiǎn)。

不過，最近由佛羅里達(dá)大學(xué)進(jìn)行的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，小說中的這種描述或許過分樂觀了：在這次實(shí)驗(yàn)中，研究小組費(fèi)盡功夫申請到了12克月壤（這一步比實(shí)驗(yàn)本身難多了，足足花了十五年才成功。所以這類課題可不適合作為研究生的畢業(yè)論文），分別來自于阿波羅11、12、17號任務(wù)的采集所得，用于培育植物。由于可用的月壤太少（畢竟地球和月球之間的“物流”實(shí)在成本過高），這些月壤被分為12份1克的小份，種植的植物被選擇為擬南芥。

* 通過肉眼看到的月壤，就像黑色的沙土，但顆粒更細(xì)，并且干燥沒有水分。但是在顯微鏡下看到的月壤，不僅有了色彩，形狀也各不相同。圖為嫦娥五號月壤樣品（圖片來源：中國科學(xué)院科學(xué)傳播局科技攝影聯(lián)盟）。

對于所有對“外星種菜”這個話題有些了解的人而言，擬南芥這種植物都不會讓他們感到陌生：這種細(xì)弱的一年生草本植物植株小、生存能力強(qiáng)、每代成長周期短（從發(fā)芽到開花不足六周），而且基因組簡單、已經(jīng)被相對透徹地研究過，因此適合作為實(shí)驗(yàn)植物和惡劣環(huán)境下的“開路先鋒”。在許多年前，就有人提議利用無人探測器在火星表面試種轉(zhuǎn)基因擬南芥，以測試在火星種植植物的可行性。當(dāng)然，這一計(jì)劃最終未能實(shí)現(xiàn)，但這次，這些不起眼的小草還是通過被栽入月壤的方式，在地球上曲線實(shí)現(xiàn)了“長在外星土地上”的夢想。

* 擬南芥已成為全球應(yīng)用最廣泛的模式植物，被譽(yù)為“植物中的果蠅”

當(dāng)然，就像《火星救援》的主角一樣，這次研究的參與者們也很清楚，直接在月壤里種東西顯然不行，因此，他們也對手頭這點(diǎn)少得可憐的月壤進(jìn)行了必要的改造：在月壤下方，研究人員墊了7毫米厚疏松多孔的棉巖，將準(zhǔn)備好的水和營養(yǎng)物質(zhì)儲存了進(jìn)去，然后覆蓋了一層0.45微米的濾膜，并將每份一克的月壤蓋在上面，讓含有營養(yǎng)的水分可以通過滲透作用進(jìn)入月壤、維持?jǐn)M南芥的生長。從理論上講，做到了這一步之后，月壤的改造已經(jīng)完成了，接下來只需要等待著新生命破土而出，為全世界帶來希望……

當(dāng)然，新生命確實(shí)破土而出了：種植在12份月壤樣本內(nèi)的擬南芥種子（2-4粒，因?yàn)轶w積是在太小，是用移液槍“播種”下去的）全都成功萌發(fā)，另一批擬南芥則按照“老規(guī)矩”種在人造的模擬月壤內(nèi)，作為實(shí)驗(yàn)中的對照組。不過，在萌發(fā)后僅僅一個星期，真實(shí)月壤中播種的擬南芥就出了問題：它們的根系生長遠(yuǎn)比對照組緩慢，整體長勢也相當(dāng)之差，一部分?jǐn)M南芥甚至直接停止了生長。而在播種三周后，對收割的擬南芥進(jìn)行的基因測序表明，種植在真實(shí)月壤中的擬南芥基因組內(nèi)表達(dá)出了大量抗鹽、抗金屬、抗氧化基因，這是模擬月壤中種植的擬南芥未曾出現(xiàn)的情況。換言之，真實(shí)月壤對植物生長的脅迫因素顯然要遠(yuǎn)超過模擬月壤。

雖然在實(shí)驗(yàn)結(jié)果公布后，一部分對于“報(bào)喜”有著近乎強(qiáng)迫癥般愛好的網(wǎng)絡(luò)媒體和自媒體立即開始打出了諸如“外星種菜成為可能！”“攻克了外星種菜難關(guān)！”之類的標(biāo)題進(jìn)行炒作，但事實(shí)上，實(shí)驗(yàn)本身的結(jié)果顯然難言成功。正所謂“實(shí)踐出真知”，利用真實(shí)月壤培植的擬南芥的糟糕長勢恰恰表明，光是指望在月球（很可能也包括火星）的土壤中加入足夠的水和養(yǎng)分就拿來種植作物的想法，顯然是不太靠譜的。而過去進(jìn)行的模擬實(shí)驗(yàn)，事實(shí)上并不足以充分模擬這些地球之外土壤的理化性質(zhì)對植物的影響，其參考價值極為有限。更重要的是，這些實(shí)驗(yàn)還是在地球大氣之內(nèi)進(jìn)行的，如果真像許多科幻作品里所描述的那樣，直接將植物栽在火星表面“改善環(huán)境”，結(jié)果恐怕會非常不容樂觀。

當(dāng)然，這并不是說，在離開地球之后，我們就一定和綠色植物無緣：一個最為簡單的辦法，是放棄直接在土壤中種植植物，改為水栽。這樣不但更加節(jié)省空間，而且也相對更為可控（栽培用的營養(yǎng)物質(zhì)和水都可以依靠循環(huán)利用獲?。?，甚至在完全封閉的小型居住區(qū)內(nèi)也可以種出各類蔬菜來。除此之外，通過基因技術(shù)改良植物本身、使其能夠適應(yīng)脅迫條件更多的土壤和當(dāng)?shù)丨h(huán)境，也是一種可行之道，只不過，這條路上需要突破的障礙會更多，也更困難。

但毋庸置疑，正如過去數(shù)十萬年的人類進(jìn)化史所說明的那樣，只要有可能做到，人類就一定會帶著與自己共存的物種擴(kuò)散與繁衍。即便很少會一帆風(fēng)順，但“走出去”永遠(yuǎn)都是人類種群最強(qiáng)勁的原初驅(qū)動力。

本文來自： 中國數(shù)字科技館

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