這兩個實驗柜可以完成哪些生物學(xué)研究實驗？太空生物學(xué)研究又有著什么樣的重要意義？請任務(wù)組的相關(guān)專家來為大家講解吧。

為什么有兩個生命科學(xué)實驗柜？

生命是一個高度有機的復(fù)雜系統(tǒng)，一個典型的生命系統(tǒng)中，不同的器官、組織、細胞需要密切配合，才能夠正確地執(zhí)行生命活動，完成生物的生命周期。而任何生命活動的實現(xiàn)，都依賴于細胞內(nèi)部發(fā)生的細微變化，例如基因的開關(guān)、蛋白質(zhì)的折疊等。

所以，觀察太空環(huán)境對生命的影響，有兩種完全相反的出發(fā)點：一種是宏觀角度，以生物個體（包括植物、動物等）為對象，開展生物的微重力效應(yīng)和空間輻射效應(yīng)研究，以及空間生態(tài)生命支持系統(tǒng)基礎(chǔ)研究，揭示微重力對生物個體生長、發(fā)育與衰老的影響；另一種是微觀角度，以生物組織、細胞和生化分子等不同層次多類別生物樣品為對象，觀察這些生物樣品在太空環(huán)境中的變化和結(jié)構(gòu)特點。

在兩個生命科學(xué)實驗柜中，生命生態(tài)實驗柜對應(yīng)著宏觀角度，主要為植物、水生生物、小型模式動物和小型哺乳動物等多類別生物樣品提供相應(yīng)的培養(yǎng)環(huán)境與生命保障。簡單地說，就是一個“太空旅館”，“邀請”一些生物到太空去做客，觀察他們在太空中是否“住得習(xí)慣”。

生命生態(tài)實驗柜示意圖

生命生態(tài)實驗柜示意圖

生命生態(tài)實驗柜示意圖

而生物技術(shù)實驗柜則對應(yīng)著微觀角度，支持開展生物技術(shù)及應(yīng)用研究。形象地講，就是把生物組織、細胞和生化分子帶到空間環(huán)境中進行培養(yǎng)或反應(yīng)，通過觀察它們的變化和結(jié)構(gòu)特點，試圖尋找到關(guān)于生命最底層邏輯的線索。

生命生態(tài)實驗柜：“我在天宮種水稻”

在最初的太空探索過程中，人們多次將老鼠、狗和猩猩等生物送往太空。但這些早期項目大多進行簡單的搭載實驗，不能很好地控制過程參數(shù)，往往只能實現(xiàn)簡單的太空環(huán)境影響驗證。

為了全面地了解太空環(huán)境對于生物整個生命周期的影響，就需要構(gòu)建一個適宜的生命支持系統(tǒng)，使得生物在其中能夠完成整個生命歷程?，F(xiàn)在，我們有了問天實驗艙，可以長時間地在太空中運行，生命生態(tài)實驗柜中配置了非常多的相關(guān)模塊，用以觀察目標生物樣品在太空微重力環(huán)境中的變化。例如，擬南芥、線蟲和果蠅等模式生物樣品就可以在生命生態(tài)實驗柜中開展培養(yǎng)實驗，探索太空環(huán)境對動植物生長發(fā)育等各方面的影響。

而在本柜中開展的水稻培養(yǎng)實驗則更是為我們帶來無限的遐想。本次實驗中，科學(xué)家將在太空中實現(xiàn)水稻的萌發(fā)、生長、開花、結(jié)實等全生命周期的實驗，也就是所謂的“從種子到種子”的實驗研究?？梢韵胂?，如果把水稻在太空環(huán)境下變化規(guī)律研究清楚，那太空農(nóng)業(yè)可能就不再是夢想，未來航天員在深空探測中就可以吃上自己種的食物。

生物技術(shù)實驗柜：“雞和蛋就不能一起有嗎？”

生物技術(shù)實驗柜中則是另一番景象，在這里的樣品都是需要用顯微鏡才能看到的，因為這個柜子的研究對象，不是動植物個體，而是構(gòu)成生物的基本單元——生物組織、細胞和生化分子，可開展包括空間細胞培養(yǎng)和組織構(gòu)建、空間蛋白質(zhì)結(jié)晶、蛋白與核酸共起源、空間生物力學(xué)等科學(xué)研究。

說起細胞、蛋白質(zhì)實驗，我們可能會想到電視里見過的高端科研的場景：生物學(xué)家在操作一臺臺高端的檢測儀器，旁邊是各種生物樣品?？墒?，到了空間站的微重力環(huán)境中，航天員能否擔負起這樣精細的工作？

說到這里，不得不提到本次生物技術(shù)實驗柜的最大亮點：全自動！為了方便實驗操作，該實驗柜在設(shè)計中充分體現(xiàn)了全自動的設(shè)計理念。例如，細胞組織實驗?zāi)K中，培養(yǎng)單元可以根據(jù)需求實現(xiàn)定期的營養(yǎng)液更換，全自動顯微組件安裝在三維平移臺上，可以實現(xiàn)多工位的細胞培養(yǎng)過程顯微觀察和巡檢。航天員只需將培養(yǎng)單元裝載到實驗?zāi)K中，啟動實驗，就可以開展細胞的增殖分化等實驗，并且可以像看電影一樣實時觀察細胞等樣品的變化過程。

這種自動化的設(shè)計，為科學(xué)家在太空開展許多復(fù)雜的空間生命科學(xué)實驗提供了技術(shù)支持。

在該實驗柜中還將開展蛋白與核酸共起源研究，生命起源是國際上四大前沿科學(xué)問題之一。生命的產(chǎn)生和進化是與環(huán)境密切相關(guān)的，現(xiàn)有生命起源的基本理論與假設(shè)都是基于有重力的地球環(huán)境。微重力、強輻射等極端空間環(huán)境正是生命“地外起源”的生命種子產(chǎn)生的本源環(huán)境，也恰好為人類提供了一個原始地球的類似環(huán)境。利用空間環(huán)境來探索生命起源具有重要的促進作用和現(xiàn)實意義，將為尋找和了解地外生命奠定科學(xué)理論基礎(chǔ)?，F(xiàn)代生命體中蛋白質(zhì)的生物合成受遺傳密碼的調(diào)控，因此，利用空間站環(huán)境，觀察密碼子與氨基酸成肽的對應(yīng)關(guān)系，研究微重力對遺傳信息傳遞的影響，可以更好地理解生命的化學(xué)起源分子機制，并為地外生命的探索提供科學(xué)依據(jù)。

生命作為宇宙中最獨特的存在，一直以來都吸引著無數(shù)好奇的科學(xué)家夜以繼日地進行豐富多彩的實驗探究。而將生物實驗室搬到太空，觀察離開地球重力影響的環(huán)境下的生命活動，對于我們更加深刻地認識生命現(xiàn)象，有著非常重要的意義。問天實驗艙內(nèi)的這兩組生命科學(xué)實驗柜，必將為我們揭示更多生命的奧秘。

（受訪專家：郭林，中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心；鄭偉波，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所；鄭慧瓊，中國科學(xué)院植物生理生態(tài)研究所。本文圖片由作者提供。）

責(zé)任編輯：胡惠雯