从“异星实验室”到“进化加速器”
太空模拟培养舱内正在生长的拟南芥。图片来源：美国国家航空航天局
【科技创新世界潮】
◎本报记者 张佳欣
在人类文明的长河中，农业始终是文明的基石与生存的命脉。当全球农业面临气候变化与资源枯竭的双重挤压时，科学家们努力从宇宙中寻找解决方案。
天体生物学这门研究生命在宇宙中起源与演化的科学，通过揭示植物在微重力与太空辐射下的适应机制，为地球农业变革提供了全新可能。
根据2021年的可用数据，全球农业用地面积为48亿公顷，2000年至2021年间，全球主要粮食作物产量增长了54%。显然，农业需求正在增长，而气候变化和资源枯竭等挑战也日益加剧。研究太空对植物的影响或为栽培作物提供创新策略，而了解植物如何适应太空的极端条件，可能有助于培育更抗逆境的作物，减少对农药的依赖。
太空育种揭示植物抗病新机制
如今，科学研究越来越多地关注宇宙辐射对作物生长和农业生产力的影响。
去年10月发表在《前沿》杂志上的一项研究中，科学家将两种知名葡萄酒品种——赤霞珠和梅洛葡萄藤，在国际空间站上存放了10个月。同时，将另一组葡萄藤留在地球上作为对照。选择这两个品种是因为它们容易感染霜霉病。
霜霉病是全球葡萄栽培中最有害的病原体之一。据研究，受霜霉病影响的葡萄会变得干瘪，浆果成分发生很大变化，会影响红葡萄酒的化学和感官特征。
实验结果显示，相较生存在地球上的葡萄藤，这些太空中的葡萄藤对霜霉病的敏感性显著降低。其中，梅洛品种中有11%的幼苗表现出更强的抗病性。相比之下，传统葡萄育种需要15—20年，且仅有1%—10%的植株能获得理想抗病性状。
这一发现可能会为作物的防御机制提供线索，进而用于提高地球上作物的存活率。
微重力“水膜”启发抗灾新基因
美国趣味工程网站报道称，在太空环境中，水的行为模式与在地球上截然不同，形成了独特的“诡异水”现象。想象一下，一株种在花盆里的植物，如果在地球上，重力会将水拉入土壤；但在太空中，这种情况不会发生。
美国威斯康辛大学麦迪逊分校的植物学教授西蒙·吉尔罗伊指出，在微重力环境中，失去重力牵引的水分子暴露出“黏性本质”。它们彼此纠缠并紧附于物体表面，形成难以渗透的“水膜盔甲”。这种现象导致太空植物根系被水分包裹却难以吸收。
当气候变化加剧洪水频发时，传统作物常因根系窒息而大面积死亡。而太空实验意外发现，植物在进化中已潜藏抗洪基因。某些品种植物能在洪水浸泡中存活数天，待水位下降后又迅速恢复生长。
基于这一发现，科学家或许可通过基因编辑培育能够耐受水淹的作物品种，不仅适用于太空种植，更能帮助地球作物应对日益频繁的洪水灾害。
太空农业从实验迈向应用
最新天体生物学研究正推动太空农业从实验走向应用。2024年底，美国路易斯安那大学团队提出，利用水凝胶基质可构建适应不同作物的低重力灌溉系统，其多孔结构能精准调控水分分布，既满足深根作物需求，又为浅根植物提供表面湿润环境。而中国科学家2022年首次完成水稻从种子到种子全生命周期培养实验，为长期太空栽培奠定了基础。
药用植物研究同样成果斐然。2021年中国科学家的一项研究发现，返回地球的穿心莲种子，其挥发性成分含量增加，这些挥发性成分通常具有抗菌、抗炎和其他治疗益处。
尽管太空农业研究前景广阔，但仍面临重大挑战。宇宙辐射是首要难题。《印度时报》报道称，在太空中生长的植物需要免受高剂量辐射的伤害，因为高剂量辐射会损害植物的DNA，阻碍植物生长。
吉尔罗伊指出，宇宙中的高能粒子可能破坏生物分子结构，对植物生长构成威胁。尽管地球磁场为植物筑起天然屏障，但太空中的持续辐射仍是发展太空农业必须攻克的难关。
随着技术迭代，太空不再是农业研究的“异星实验室”，而正成为孕育地球下一代作物的“进化加速器”。这场跨星际的农业革命，或将孕育出既能抵御宇宙射线，又能战胜地球气候危机的超级作物，为人类文明的延续播下希望的种子。
