嫦娥四號搭載的棉花種子培育成功 月球上的首片綠葉

1月15日，在重慶市政府新聞辦舉行的新聞發(fā)布會上，重慶大學(xué)宣布：隨嫦娥四號登陸月球背面的生物科普試驗載荷內(nèi)，搭載了棉花、油菜、馬鈴薯、擬南芥、酵母和果蠅6種生物，其中棉花種子成功發(fā)芽。

“這是人類第一次在月面上做生物生長試驗，在荒蕪的月球上培育出第一株植物嫩芽，并隨時間的推移，成功實現(xiàn)人類有史以來第一片在月球生長的綠葉。”生物科普試驗載荷總設(shè)計師、重慶大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院院長謝更新教授說，“這將為人類今后建立月球基地提供研究基礎(chǔ)和經(jīng)驗。”

1株嫩芽，在等待和盼望中生長

1月3日，嫦娥四號登陸月球第一天的23時18分，生物科普試驗載荷罐憑借著高度密封的抗壓能力，通過了發(fā)射和著陸等階段嚴(yán)酷的力學(xué)考驗，加電開機(jī)并啟動主相機(jī)拍照。23時48分，地面控制中心發(fā)送放水指令，植物種子和果蠅蟲卵結(jié)束等待發(fā)射兩個月以及太空飛行近一個月的休眠狀態(tài)，進(jìn)入了生物月面生長發(fā)育模式。

等待，盼望。

1月5日20時，地面接收數(shù)據(jù)顯示，載荷內(nèi)種子已經(jīng)發(fā)育為胚根，生物生長培育成功了。

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(jī)。

“從開機(jī)至斷電，生物科普試驗載荷在軌工作狀態(tài)良好，累計工作時間長達(dá)212.75小時，主副相機(jī)累計拍照34次，下傳照片170多幅。與整器保持良好的持續(xù)通信狀態(tài)，并實時傳回溫度、電壓、氣壓等各項遙測數(shù)據(jù)。通過照片數(shù)據(jù)和遙測數(shù)據(jù)分析，設(shè)備內(nèi)部水已完全浸潤土壤，溫度、壓力等完全符合生物生長發(fā)育的要求，達(dá)到設(shè)計指標(biāo)，部分指標(biāo)超過預(yù)期。”謝更新介紹。

“在空間站以及其他航天器上，以前開展過多次生物生長培育實驗。但在月球上，這是第一次。”謝更新說。

6種生物，從上百次物種篩選中勝出

生物科普試驗載荷項目將展示生物在月球低重力、強(qiáng)輻射等條件下的生長發(fā)育狀態(tài)，對生物物種篩選有著非常嚴(yán)苛的要求。因為“罐子”資源有限，要求里面的動植物不能占用過多空間。首要條件就是“個子小”。

由于月球表面低重力、強(qiáng)輻射、高溫差等極端條件限制，因此要求動植物能耐高溫、耐凍，而且能抗輻射和抗干擾。

本次生物科普試驗載荷生物種類的篩選，除了實現(xiàn)在月球表面環(huán)境下植物種子發(fā)芽和幼蟲成長的最低目標(biāo)，更重要的是對未來進(jìn)一步開展太空生物學(xué)研究進(jìn)行長遠(yuǎn)考量。

糧、棉、油是人類賴以生存的最基本需求，因而棉花得以入選;馬鈴薯很有可能成為以后人類太空生存的主食;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，它們生長周期短，能夠在短時間內(nèi)展示完整的生命過程，便于研究生物生長發(fā)育和代謝規(guī)律。

這6種生物還構(gòu)成了一個含有生產(chǎn)者、消費者和分解者的微型生態(tài)系統(tǒng)。其中，植物生產(chǎn)氧氣和食物，供所有生物“消費”;作為消費者的果蠅和分解者的酵母，通過消耗氧氣產(chǎn)生二氧化碳，供植物進(jìn)行光合作用。而酵母可以通過分解植物和果蠅廢棄物而生長，并能作為果蠅的食物。

“這6種生物最終能成為首次登上月球背面的幸運兒，也是經(jīng)歷了上百次物種篩選和無數(shù)次生物實驗。”重慶大學(xué)副校長、科普載荷項目總指揮劉漢龍教授介紹說，“自接到任務(wù)到生物物種確定直至載荷封裝，課題組歷經(jīng)兩年，從云南深山懸崖到新疆沙漠地區(qū)，就是為了尋找能夠在極端條件下生存的生物物種。”

9天實驗，地、月生物狀態(tài)對比同時展開

載荷在月面注水進(jìn)行發(fā)芽和生長實驗以后，經(jīng)過9天時間進(jìn)入月夜期。目前，生物科普試驗載荷已進(jìn)入斷電狀態(tài)，在月夜零下52攝氏度的溫度下，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)。

“待下一個月晝期溫度上升后，在全封閉狀態(tài)的生物科普試驗載荷罐中，6種生物將被慢慢分解成無害的有機(jī)物，并將被永久封存在生物科普試驗載荷內(nèi)部。”劉漢龍說。

這一項目看似難度不高，但順利實施的背后，是成百上千次的試驗數(shù)據(jù)，是數(shù)不清的挫折與失敗。

此次的生物科普試驗載荷罐直徑173毫米，高198.3毫米，內(nèi)部除了6種生物，還有18毫升水，以及土壤、空氣、熱控以及兩個記錄生物生長狀態(tài)的相機(jī)，總重量為2.608公斤，生物生長空間為1升左右。

為確?？破蛰d荷在軌工作安全，罐體結(jié)構(gòu)件全部由高性能鋁合金加工而成，且進(jìn)行了防腐處理，并通過分析、試驗進(jìn)行了多方面驗證。針對長期零下57攝氏度的低溫微弱漏氣現(xiàn)象，團(tuán)隊通過結(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零下60攝氏度到80攝氏度的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的適宜生物生存的溫度，項目組通過20多次的熱方案設(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。

為進(jìn)一步凸顯本次生物科普試驗載荷的科研和科普價值，生物科普試驗載荷項目組同時在重慶大學(xué)開展了地、月對比實驗。“在地面對照實驗罐體內(nèi)，棉花、油菜種子長出了嫩綠的子葉。開放環(huán)境下，油菜、棉花和馬鈴薯種子已經(jīng)萌芽。”劉漢龍說。(蔣云龍 姚於)

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