这可能是你最关心的空间站实验：解密生命科学实验柜
2022/8/1 7:00:00 科学大院
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问天实验舱的成功发射，并与天和核心舱成功对接，为天宫空间站送来了许多科学实验柜，以开展太空实验，进而解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。在这些实验柜中，有两个生命科学相关的实验柜，分别是生命生态实验柜和生物技术实验柜。
这两个实验柜可以完成哪些生物学研究实验？太空生物学研究又有着什么样的重要意义？请任务组的相关专家来为大家讲解吧。
为什么有两个生命科学实验柜？
生命是一个高度有机的复杂系统，一个典型的生命系统中，不同的器官、组织、细胞需要密切配合，才能够正确地执行生命活动，完成生物的生命周期。而任何生命活动的实现，都依赖于细胞内部发生的细微变化，例如基因的开关、蛋白质的折叠等。
所以，观察太空环境对生命的影响，有两种完全相反的出发点：一种是宏观角度，以生物个体(包括植物、动物等)为对象，开展生物的微重力效应和空间辐射效应研究，以及空间生态生命支持系统基础研究，揭示微重力对生物个体生长、发育与衰老的影响；另一种是微观角度，以生物组织、细胞和生化分子等不同层次多类别生物样品为对象，观察这些生物样品在太空环境中的变化和结构特点。
在两个生命科学实验柜中，生命生态实验柜对应着宏观角度，主要为植物、水生生物、小型模式动物和小型哺乳动物等多类别生物样品提供相应的培养环境与生命保障。简单地说，就是一个“太空旅馆”，“邀请”一些生物到太空去做客，观察他们在太空中是否“住得习惯”。
生命生态实验柜示意图(左右滑动查看)
而生物技术实验柜则对应着微观角度，支持开展生物技术及应用研究。形象地讲，就是把生物组织、细胞和生化分子带到空间环境中进行培养或反应，通过观察它们的变化和结构特点，试图寻找到关于生命最底层逻辑的线索。
生命生态实验柜：“我在天宫种水稻”
在最初的太空探索过程中，人们多次将老鼠、狗和猩猩等生物送往太空。但这些早期项目大多进行简单的搭载实验，过程参数不能很好的控制，往往只能实现简单的太空环境影响验证。
为了全面地了解太空环境对于生物整个生命周期的影响，就需要构建一个适宜的生命支持系统，使得生物在其中能够完成整个生命历程。现在，我们有了问天实验舱，可以长时间地在太空中运行，生命生态实验柜中配置了非常多的相关模块，用以观察目标生物样品在太空微重力环境中的变化。例如，拟南芥、线虫和果蝇等模式生物样品就可以在生命生态实验柜中开展培养实验，探索太空环境对动植物生长发育等各方面的影响。
而在本柜中开展的水稻培养实验则更是为我们带来无限的遐想。本次实验中，科学家将在太空中实现水稻的萌发、生长、开花、结实等全生命周期的实验，也就是所谓的“从种子到种子”的实验研究。可以想象，如果把水稻在太空环境下变化规律研究清楚，那太空农业可能就不再是梦想，未来航天员在深空探测中就可以吃上自己种的食物。
生物技术实验柜：“鸡和蛋就不能一起有吗？”
生物技术实验柜中则是另一番景象，在这里的样品都是需要用显微镜才能看到的，因为这个柜子的研究对象，不是动植物个体，而是构成生物的基本单元——生物组织、细胞和生化分子，可开展包括空间细胞培养和组织构建、空间蛋白质结晶、蛋白与核酸共起源、空间生物力学等科学研究。
说起细胞、蛋白质实验，我们可能会想到电视里见过的高端科研的场景：生物学家在操作一台台高端的检测仪器，旁边是各种生物样品。可是，到了空间站的微重力环境中，宇航员能否担负起这样精细的工作？
说到这里，不得不提到本次生物技术实验柜的最大亮点：全自动!为了方便实验操作，该实验柜在设计中充分体现了全自动的设计理念。例如，细胞组织实验模块中，培养单元可以根据需求实现定期的营养液更换，全自动显微组件安装在三维平移台上，可以实现多工位的细胞培养过程显微观察和巡检。航天员只需将培养单元装载到实验模块中，启动实验，就可以开展细胞的增殖分化等实验，并且可以像看电影一样实时观察细胞等样品的变化过程。
这种自动化的设计，为科学家在太空开展许多复杂的空间生命科学实验提供了技术支持。
在该实验柜中还将开展蛋白与核酸共起源研究，生命起源是国际上四大前沿科学问题之一。生命的产生和进化是与环境密切相关的，现有生命起源的基本理论与假设都是基于有重力的地球环境。微重力、强辐射等极端空间环境正是生命“地外起源”的生命种子产生的本源环境，也恰好为人类提供了一个原始地球的类似环境。利用空间环境来探索生命起源具有重要的促进作用和现实意义，将为寻找和了解地外生命奠定科学理论基础。现代生命体中蛋白质的生物合成受遗传密码的调控，因此，利用空间站环境，观察密码子与氨基酸成肽的对应关系，研究微重力对遗传信息传递的影响，可以更好地理解生命的化学起源分子机制，并为地外生命的探索提供科学依据。听上去科幻感十足!
结语
生命作为宇宙中最独特的存在，一直以来都吸引着无数好奇的科学家夜以继日地进行丰富多彩的实验探究。而将生物实验室搬到太空，观察离开地球重力影响的环境下的生命活动，对于我们更加深刻地认识生命现象，有着非常重要的意义。问天实验舱内的这两组生命科学实验柜，必将为我们揭示更多生命的奥秘。
如果你还想了解更多“那些实验柜的事”，我们将继续请科学家们为大家详细解读科学手套箱的构成、原理和意义，请大家持续关注哦。
(本文图片除注明来源者之外，均由撰稿人提供)
撰稿：郭林(中国科学院空间应用工程与技术中心) 郑伟波(中国科学院上海技术物理研究所) 郑慧琼(中国科学院植物生理生态研究所) 牟福朋
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