人类首次在月面的生物生长培育试验成功，棉花种子成为人类在月球上种植出的第一株植物嫩芽。
据“嫦娥四号”生物科普试验载荷项目团队发布消息，随“嫦娥四号”登陆月球背面的生物科普试验载荷中，棉花种子成功发芽。
在月球进行生物生长试验面临哪些困难？完成登月使命的“神秘旅客”又是怎样被挑选出来的？为何六种生物中棉花会首先发芽？针对大众关心的话题，科学家们进行了解答。
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哪些“神秘旅客”
随嫦娥四号登上月球？
由重庆大学牵头的嫦娥四号生物科普试验载荷内搭载了棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇六种生物，均放置于密封的生物科普试验载荷罐内。
嫦娥四号为何会带上这六名“旅客”？据教育部深空探测联合研究中心副主任、生物科普试验载荷总设计师、重庆大学先进技术研究院院长谢更新教授介绍，由于科普载荷里面的生物空间不足1升，容量和资源非常有限，因此对生物种类的筛选非常重要。除了要实现在月球表面环境下植物种子发芽或幼虫成长的科普目标，也要有利于未来进一步开展太空生物学研究。
“搭载的6种生物看似简单，却是我们数百次试验选择的结果。”谢更新介绍。
筛选本次搭载的生物物种首要条件就是“个子小”。其次，由于月球表面低重力、强辐射、高温差等极端条件限制，还要求动植物能耐高温、耐冻，而且能抗辐射和抗干扰。所以团队从云南深山到新疆沙漠地区，到处寻找能够在极端条件下生存的生物物种，挑选了上百种植物进行实验、筛选。在选择的过程中，我们还曾考虑过乌龟、蜜蜂、蚯蚓等物种，后来因为耗氧量比较大等原因放弃了。
最终我们从粮、棉、油等人类赖以生存的最基本需求方向出发，选择了马铃薯、棉花、油菜等种子。其中马铃薯是大家熟悉的食物，很可能是以后在太空中的主食；油菜作为重要的油料作物，是太空食物中不可或缺的油料保障。拟南芥、果蝇、酵母是全球科学家研究生物的模式物种，它们因生长周期短，能够在短时间内展示完整的生命过程而入选。
这6位“神秘旅客”，分别扮演着生产者、分解者、消费者的角色，从而形成一个简单的微型生态系统。
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为何棉花首先发芽？
“它本身适应高温发芽”
载荷罐在登陆月球后第一天1月3日23时18分加电开机，开始进入生物月面生长发育模式。
1月12日20时，随嫦娥四号登陆月球背面的生物科普试验载荷罐传回最后一张试验照片，显示罐内生长出的棉花种子嫩芽长势良好。
1月12日20时03分34秒地面发送了生物科普试验载荷断电指令，载荷正常关机。生物科普试验载荷内部在月夜温度为-52℃的情况下，所携带的6种生物将结束本次科普试验使命，处于冷冻状态。
据介绍，截至试验结束前，未从传回数据中观测到其它生物生长状况。
棉花为何会首先发芽？对此，重庆大学生命科学学院副教授邱丹表示：“棉花它本身适应高温发芽，棉花种植就在夏季，不惧怕高温。棉花首先发芽也是预料之中。”
谢更新则说：种子在月球上发芽，无疑是在月球上进行生物生长试验的标志性事件。在选择植物种子的时候，我们会考虑它们发芽的温度，比如棉花适合在高温(超过30℃)的情况下发芽；油菜、马铃薯则是在20℃左右的低温发芽。因为不清楚月球表面的具体温度变化，所以从生物的多样性上考虑，我们选择低温和高温发芽的物种都试一试。通过监测发现，科普载荷罐体内开机后，维持了五六天的30℃，因此此次发芽的是适合高温发芽的棉花种子。它成功地完成了在月球发芽的任务。
为了进一步验证研究效果，研究团队在地面同步进行了1∶1封闭环境和开放环境下的对照试验。封闭环境试验即在相同条件下与科普载荷同步注水，全程与科普载荷传回的温度等数据环境保持一致，进行试验。
截至1月12日，地面对照试验罐体内已发现棉花种子萌芽，长势良好，可观察到嫩绿的叶子。开放环境下的地面试验情况显示，油菜、棉花和马铃薯种子均已萌芽，幼苗呈茂盛生长趋势。
谢更新介绍，这个项目的意义在于，一是激发大家的探索精神和创新精神；二是目前搜集的大量温度、压力等等实测数据，以及项目模式，可为人类今后建立月球基地提供研究基础和经验。
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种子在月球上如何唤醒？
棉花发芽突破五大难题
月球上的重力只有地球的六分之一，昼夜间大约有300摄氏度的温差。来自地球的种子要在发射场待两个月，太空飞行需要一个月，种子在路上要怎么保存，到了月球上又要怎么唤醒？
此次试验突破了生物休眠、“旅途”颠簸、放水控制、密封控制、月面采光五大难题。谢更新介绍，针对长期-57℃低温微弱漏气现象，通过结构分析、密封材料性能优化等多种方法予以解决；为了使科普载荷能够在-60℃到-80℃的温度范围内保持稳定的适宜生物生存的温度，通过20多次热方案设计及优化，最终确定了由半导体制冷器、电加热器、散热片及隔热措施相结合的方式，实现科普载荷内部智能化温度控制。
为了解月球上光合作用情况，通过在罐上开孔用光导管引入日光的方式，让罐内的生物接受照射。并通过多次试验，对导管的方位和角度进行了特别的设计，避免了月尘对光导管的封堵。
对于放水时间的把控，项目设计水仓室携带了一个装有18毫升生物专用水的水袋和电磁泵，并对水管口用新型溶剂封口，确保在月球上才会让水释放到生物舱表面，为生物生长提供水分。
谢更新说，此次试验拿到了大量珍贵的第一手数据，项目团队通过研究生物在月球低重力、强辐射、自然光照条件下动植物的生长发育状态，为人类今后建立月球基地提供研究基础和经验。下一步，项目团队将继续进行研究探索。
来源：中国纺织网
