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科学松鼠会

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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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[少儿科普]在太空能种出黄瓜吗?  

2012-05-19 19:48:28|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:史 军

欢迎收听来自虹巴伦的有声版

主播:阿拉丁

收听地址http://www.hongbalun.com/archives/7224

2011年6月6日,在哈萨克斯坦拜科努尔发射场,准备搭乘“联盟”号载人飞船前往国际空间站的日本宇航员古川聪在新闻发布会上宣布,“对黄瓜‘情有独钟’的他,打算在国际空间站种黄瓜”。但是,新闻同时宣称,“按照规定,宇航员不准吃这些黄瓜”。这多少又给太空黄瓜蒙上了神秘的面纱。这在太空种出的黄瓜是什么味道,不禁让人浮想联翩。

这在太空种黄瓜需要些什么特殊的技术,种出的黄瓜跟地球菜园的出产黄瓜品质一样吗?

透光防护罩,让植物安全生长

植物生长靠太阳。但是在宇宙空间中晒太阳却是一件危险的事情。且不说高能质子、阿尔法粒子这样的宇宙射线可以直接“砸坏”植物蛋白质和DNA,危及它们正常生活甚至生命,在没有大气层的阻挡的情况下,这里的大量紫外线就足够植物喝一壶的。这些高能量的“光线”不止令人生畏,也会破坏植物的正常结构和代谢过程。

所以,在太空种植的第一步,就是制造出合适的透光防护罩,隔离那些有害的紫外线和宇宙射线,让植物可以安全地生长。

当然,太阳能光伏电池可以将危险的太阳光转化成电能,然后再利用日光灯等照明设备来满足植物对光的需求。不过,这样做就会在转化过程中损失了很多能量。好在对人类而言,太阳是个取之不尽的能量来源,只要考虑需要增加的太阳能电池板就可以了。

解渴的水哪里来

除了光,种植需要解决的还有光合作用的另一个要素——水。我们都知道水是光合作用必不可少的原料。不过,你可能不知道,植物吸收的99%水分都蒸发到了空气中。这种看似“浪费”的行为,实际上对植物有着重要作用。植物的叶片就像是一台台水泵,将根系吸收的水分和矿物质混合而成的营养液“抽”到枝头,而这些水泵的动力就来自蒸发水分而获得的能量。另外,通过蒸发水分还能降低叶片的温度,避免被阳光灼伤。

在太空中,我们可以只种泡在全密封的水箱里的藻类植物,这样就不用考虑收集蒸腾作用的水分了,但前题是,做太空旅行的你要长期忍受只嚼海苔过活的日子。也许那时,一片面包也会变成奢侈品。不过,如果种植黄瓜等别的植物,解决水的问题,可比泡在全密封的水箱里的藻类植物困难多了。

没有二氧化碳,植物也会饿肚子

不止如此,千万不要以为有了光和水植物就能正常生长了,没有二氧化碳,一切都是零。如果说光和水是吸收太阳能的关键因素,那二氧化碳就是储存能量的关键部件了。倘若把前两者比作发电厂的必备要素,那么二氧化碳就像是能够储存能量的充电电池。

在光合作用过程中,植物会首先利用光和水制造出高能物质。这些高能量的家伙可不安分,如果不把它们用掉。它们就会在细胞里释放能量、乱搞破坏。而想要固定这些能量,二氧化碳的浓度是一个关键因素。

二氧化碳在地球大气中的含量不高,仅有0.03%。因为整个生物圈的协调运作,这个浓度基本上保持稳定。但是,对于一个小范围的空间,要维持一个稳定的浓度就不是那么容易了。在实验人工建立生态系统的“生物圈2号”工程中,科学家建立了一个总体积为18万立方米的小小生物圈。但是不久之后,这里的“大气”成分就发生了变化,氧气、氮气和二氧化碳的比例发生了巨变,并且波动过大。这样的波动不仅不适于人类生存,连植物生长都成问题。对于比生物圈2号个头还小的太空舱来说,如何控制调节好二氧化碳的浓度,还是一项棘手的工作。

分不清的天和地

除了上面的植物生长要素,在空间更难解决的是重力问题。在地球上生活的我们,经常会忽略这个条件的存在。可是一旦进入了太空,这个因素的重要性就立马显现出来了。

“根会往土里扎,茎秆会努力向上生长”,这些我们觉得司空见惯的想象,其实都是植物感受到重力之后作出的反应。目前还没有证实,植物是怎样辨别方向的。比较公认的一种看法是,植物细胞里有一些淀粉组成的颗粒,它们会受重力的影响,沉积到细胞的下部,从而给细胞壁施加刺激,这样一来,植物就能辨别出天和地了。可以说,这些淀粉粒就是植物生长的“指南针”。不过,在失重状态下,这样的沉积就变得不可能了。不仅如此,分解这些淀粉颗粒的酶会特别活跃,彻彻底底地把“指南针”砸烂了。

其结果就是,植物生长分不清上下,根和叶都向着四面八方生长。就拿常用的实验植物拟南芥来说,它们在失重状态下最后长成一团,本该拼命伸向天空的茎停下了脚步,反而是多了很多枝枝杈杈。个头比地面上的拟南芥要小,而且植株显得更纤细,就像是漂浮在水中的水草一样。

不想要的突变

太空育种是我们经常听到的一个名词。在转基因技术应用之前,这确实是一种重要的育种手段。不过,利用宇宙辐射作为条件突变产生种子并不可靠,我们不知道变出的种子是更好了,还是更糟了。此外,在微重力环境下,染色体、复制分离都会受到影响,很容易出现畸形,影响种子的成活率,以及后代植株的质量。要保证种下去的清香的黄瓜,结出的还是清香黄瓜不是一件简单的事情。

这样看来,在太空中种出一根小黄瓜,可不是一件简简单单的事情。难怪守则要规定宇航员不准随意把实验结果吃掉了。也许,通过模拟重力环境,改善光照和空气条件,我们是有可能获得几根正常的黄瓜。但在真正的太空中,这次古川聪种下的黄瓜究竟能长成什么样子,我们不妨拭目以待。

本栏目由科学松鼠会与虹巴伦童趣科学网站共建

虹巴伦,由一个松鼠创办,可以听的少儿科普网站,一直在努力提供快乐的科学体验。虹巴伦已经实现了高度的内容有声化,除了提高科学的亲和力以外,还负责提供一个视障人士的科学世界。

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