Question

太空中的生物实验如何进行？

Answer 1

自1957年10月4日，前苏联发射世界上第一颗人造地球卫星以来，人类活动范围从陆地、海洋、大气层扩展到宇宙空间，从此，宇宙空间成为人类的第四疆域。而人类发展空间技术的最终目的则是开发太空资源。而要开发太空资源，首先要在太空进行生命科学和宇宙医学研究，以深入了解太空环境对地球上各种生物的影响。

太空环境最显著的特点是失重。多年来，科学家将多种生物随着航天器带入太空，进行失重生物学的实验研究，并取得了不少成果。

太空失重环境对生物生长的影响

研究表明，太空失重环境对生物生长的影响很多，而主要则分以下几个方面：

（1）有一定的可逆性。

20世纪60年代，在前苏联“宇宙110”卫星上，前苏联科学家装载了两只小狗，在太空中飞行了22个昼夜后，发现它们的水盐代谢，特别是钙的代谢功能被破坏，肌肉萎缩，血液成分改变，心血管系统功能也受到影响。但是，这些影响并没有危及小狗的生命，当它们回到地面后又进入了正常的发育状态。

植物在太空中受失重的影响，会改变了根向地和茎背地的习性；同时，由于航天器每天绕地球14～16圈，昼夜交替很快，破坏了原有的正常生长的机理。但是，当这些植物返回地面后，却又恢复了原有的生长习性。这些太空生物实验说明，失重环境对生物的影响有可逆性。

（2）太空失重环境影响生物的遗传性。

前苏联科学家1962年8月在“东方3”号、1964年10月在“上升”号宇宙飞船上搭载了紫跖草，发现紫跖草在细胞分裂时染色体的性状遭到破坏。美国科学家则在太空失重的环境中辐射谷盗甲虫，发现它在发育过程中基因突变的频率增加。

1987年8月中国在返回式卫星上搭载种子，返回后经地面种植，也发现了种子诱变的情况，产量增加。例如，江西宜丰县播种卫星搭载过的水稻种子，经6年培育，水稻穗多、颗粒大，亩产达600千克，最高达750千克，蛋白质的含量增加8％～20％，生长期平均缩短10天。在黑龙江播种卫星搭载过的青椒种子，经几年优选，也达到高产、优质，单果从90克提高到160克，有的达到300～400克，亩产4000～5000千克，是对照组产量的两倍，维生素含量提高20％。卫星搭载的西红柿种子，当代的发芽率比地面的种子低，而栽种后的长势比地面的强，到第二代就全面优化，经过5年的种植其平均产量提高20％以上。

（3）太空失重环境使生物生长过程变化很大。

在失重环境下，有一些生物的生长速度变得缓慢。1994年9月8日，日本宇航员把4条青鳟鱼和340颗青鳟鱼卵带到太空。结果是，从地面上带到太空的鱼卵经过4～5天就孵出了鱼苗，而青鳟鱼在太空产下的鱼卵过了13天才开始孵化。看来，在太空孵化养鱼没问题，但在太空中鱼的繁殖却很慢。

而另外一些生物的生长速度却加快。1990年12月，俄罗斯科学家曾把人参组织培养基带到空间站，进行太空培植实验，10天后发现人参在太空的生长量已相当于地面上一个月的生长量。还有，在太空单个蚕蛹孵化成幼蚕的时间比地面短两个月。许多微生物的生长速度要比地面快得多，有的生长速度甚至提高了400倍。

（4）失重环境会影响生物机体的形状和功能。

研究表明，地面上的植物，其80％的能量用于茎的生长，而在太空空间站的温室中的植物几乎没有茎，但是叶更加茂盛，果实更加丰硕。1975年，前苏联科学家在“礼炮”号空间站种植了一批豌豆，发现豌豆的幼芽总是朝着明亮的地方生长，而新生的根和茎却朝着相反的方向生长，苗的生长期很短，不久就枯萎。

1985年4月，美国科学家在“空间实验室3”号上放置了12只出生仅56天的幼鼠，经过7天飞行后，发现幼鼠的前脚重量减少了14％，腰骨的重量减少了7％，前脚抗弯曲的强度也减弱了28％。

（5）失重与辐射的综合影响。

在失重和太空辐射的共同作用下，植物品种会发生变异，动物机体会发生变化。如家鼠的造血器官和淋巴组织的变化要比仅处于失重状态下的变化更加剧烈，有的家鼠的肺部出现点状出血现象。

（6）失重对生物节律的影响很明显。

1990年12月2日，日本宇航员将6只2～3厘米长的雨蛙带上航天飞机。这种雨蛙背绿腹白，体侧有黑斑，趾的末端有吸盘，趾间有蹼，因而它们在太空失重状态下能平稳行走，跳动自如，既能向前跳，又能向后跳，但很少吃东西。

1991年6月，美国宇航员将2478只水母带上航天飞机，研究水母的生活和动物的定向能力。水母在太空很活跃，不停地搏动身体，但行为异常，在水中不停地转圆圈。

1992年9月，美国宇航员将12枚已受精的青蛙卵带上航天飞机，结果孵化出7只蝌蚪。这些小蝌蚪行为很怪异，在水面上窜来窜去，飞快地转圈游动，不停地摇动尾巴或前后翻滚。

而前苏联宇航员则在“和平”号空间站进行了孵化鹌鹑蛋的试验，鹌鹑孵化出来后，不能抓住铁笼的铁丝，在笼内挤成一团，最后因营养不良而死亡。

（7）失重环境对动物的习性和感觉器官无影响。

前苏联宇航员将两只猴子带到“宇宙1887”号生物卫星上，在经过13个昼夜飞行后对它们进行观察，发现猴子能很好地保持原有的习性和掌握原有的技能，感觉器官也没有受到不可逆的影响。

在“和平”号空间站上收获小麦

1990年12月，俄罗斯科学家在“和平”号空间站试种过一批小麦，但结果并不理想，生长期远远超过地球上的生长期，只生长却没有收获。后来在1996年12月，俄罗斯和美国科学家合作成功地在“和平”号空间站的暖棚里培育并收获了第一批太空小麦。这块麦田只有900平方厘米，收割了150多穗，这批墨西哥矮小型杂交小麦从播种到成熟只有97天。这证明生物在太空站内是可以生长发育的，为人类未来在星际旅行时解决食品问题走出了可喜的一步。

“太空植物园”试验

要在太空长期居住则必须先要解决食物问题。为此，科学家开展“太空植物园”的试验，准备在太空建造一座农场，种植各种植物，饲养动物。

虽然美国的“生物圈”试验以失败而告终，但美国科学家在佛罗里达州迪斯尼乐园附近建造了一座生态研究中心，研究太空农业开发项目。他们将从月球上带回的土壤制成“月土”，栽培植物，以了解月土中哪些成分可供植物生长。

1984年，前苏联曾在仿造太空飞行条件的装置内，放入人工土壤。这种人工土壤是两种塑料的混合物，很像沙土，其中含有15种养分。在这种人工土壤中栽培植物，植物的生长周期大大缩短，产量明显提高。例如，在普通土壤中，每平方米的面积上70天产一千克萝卜；而在人工土壤中，每平方米的面积上21天就可产10千克萝卜。这一试验基本上解决了太空农场的土壤问题。

“太空动物园”试验

1992年9月，日本科学家曾进行过太空动物饲养试验。他们将果蝇带到太空中，其中有1／10在太空死掉了，其余的被带回地面，后代在地面上一样生长发育。将受精的青鳟鱼卵带往太空，鱼卵照常孵化。

为了能在太空养鸡，莫斯科航空学院的学生成功地设计制造了太空孵化器和饲养装置，并已收获了200只成年鸡。人们正在进一步为在太空能饲养鸟类、哺乳动物进行试验，以期在太空中营造一个植物茂盛、鸟语花香的新世界。知识点

变异物种能否恢复原状

生物基因进化是不可逆的，变异是因为基因的正常进化速度相对变快。让我们能在相对短期内察觉到它的变化。所以，我们可以把变异的物种当做加速进化的物种。所以，他们的基因是不可逆的。最多可以仿造出与其以前相类似的基因，而不能完全回复。