奇異的太空苔蘚

太空無重力的環(huán)境下，苔蘚會怎樣生長呢?研究人員認(rèn)為它也應(yīng)該像其他在太空生長的植物一樣，隨機、無序地生長。但是出乎他們的意外，太空的苔蘚卻是按照一種奇特的方式生長。

地球上的植物種子或幼苗，不管將它們放到什么位置上，由于受到重力和光的作用，幼苗和植株都是根朝下、莖朝上地生長著。這兩種因素對不同植物的影響不同，有一些植物的生長主要受重力的影響，有一些植物受光的影響更大，植物家將這種現(xiàn)象稱為植物的向重性和趨光性。為什么會出現(xiàn)這種情況呢?植物學(xué)家很早就發(fā)現(xiàn)植物有感受重力和光的“敏感區(qū)”。植物地下部分對重力最敏感的是在距根尖1.5～2.0毫米的根冠區(qū)，地上部分則是在距頂端11～18毫米局域內(nèi)的細(xì)胞。

植物與重力的關(guān)系

對于植物是如何感受重力的，植物學(xué)家有不同的看法，一些植物學(xué)家提出平衡石學(xué)說，認(rèn)為在植物感受重力的細(xì)胞中有一些比重較大物質(zhì)，例如根冠柱細(xì)胞中的淀粉體，在重力作用下淀粉體沉淀到細(xì)胞的下部，對細(xì)胞施加壓力，使細(xì)胞感受到重力；另一些植物學(xué)家則提出生長素學(xué)說，認(rèn)為重力感受部位在受到重力作用后，促使生長素分布不均勻，重力使生長素向下轉(zhuǎn)移，下側(cè)由于生長素較多，生長就比較快。

為了證實重力對植物生長方向的影響，植物學(xué)家將向重性的植物搬上太空，觀察失重情況下植物的生長。果然不出所料，太空中的這些植物在缺少重力的控制后，就像一頭亂麻一樣雜亂無章地生長著。那么，是不是所有的植物的生長都受重力作用呢?有沒有其他的機制在起作用?為此，科學(xué)家們看中了比較低等的植物——苔蘚植物。

苔蘚是一種生長在泥土和巖石上的低等植物。它們喜歡生長在潮濕、陰暗的環(huán)境里。它們不開花，沒有真正的吸收水和養(yǎng)分的根，只有一個莖，上面生長著很多稱為原絲體的葉。莖和葉像海綿一樣吸收水。在樹干、巖石或潮濕地上生長的苔蘚大部分矮小、稠密，像地毯一樣。這次上天選的是一種普通的屋頂蘚類。在地球上時，它生長的方向與重力方向相反，并有趨光性，就像一個漂亮火球。

太空苔蘚實驗

在1997年(STS－87)和2003年(STS－107)航天飛機執(zhí)行任務(wù)時，植物學(xué)家們將屋頂苔蘚送上天。負(fù)責(zé)這項實驗的是美國植物學(xué)教授佛瑞德·薩克。在STS·87中只有3個苔蘚的培養(yǎng)皿，只是為了初步了解太空失重條件下屋頂苔蘚的生長情況。當(dāng)薩克小心翼翼地從航天飛機上取下他們寶貴的培養(yǎng)皿，打開培養(yǎng)皿的蓋子時，發(fā)現(xiàn)了意料之外的結(jié)果。于是，他們決定在STS－107中再進行一次重復(fù)實驗，看看STS－87上的實驗結(jié)果是否可靠。不過，這次的實驗樣品更多了，有46個裝有苔蘚孢子的皮氏盤，其中有一些盤中有很多培養(yǎng)皿。所以，當(dāng)航天飛機著陸后，將有數(shù)千個苔蘚樣本可以供研究者們進行研究。這次實驗的目的不僅要看苔蘚在失重環(huán)境下發(fā)生了如何變化，還要研究太空中苔蘚生長過程和了解為什么會出現(xiàn)這些變化。第二次實驗的苔蘚樣本是放在2003年2月1日發(fā)射的“哥倫比亞”號航天飛機上。不幸的是這架航天飛機在返回再入的過程中發(fā)生爆炸，7名航天員遇難。不幸中萬幸的是有些裝有屋頂蘚類樣品的器皿卻幸免于難，11個裝有苔蘚類的樣本完好無缺，還可以進行實驗分析。這樣，科學(xué)家們得到了兩次飛行實驗結(jié)果。

除了太空實驗的樣本外，為了了解重力對屋頂蘚類的影響，在地面還設(shè)立了兩個對照組。第一組對照組，讓它們在佛羅里達(dá)州美國宇航局肯尼迪太空中心(KSC)的實驗室中生長，觀察在有地球重力的情況下屋頂蘚類的生長情況；第二組是模擬失重組，將屋頂蘚類放到一個地面的模擬失重裝置——回轉(zhuǎn)器中，這個回轉(zhuǎn)器在旋轉(zhuǎn)時，在一段時間里作用在實驗樣本中的合力是零，故可以在地面模擬失重的影響。這三組除了作用屋頂蘚類樣本的重力不同外，其他的條件都相同，如果它們生長的情況不同就可以說明重力的影響。航天飛機返回地球前，航天員用化學(xué)方法將培養(yǎng)皿中的苔蘚樣本固定，使它們停止成長，這樣它們所處的狀態(tài)就是飛行中失重環(huán)境下的狀態(tài)，不受返回過程其他因素(如超重、沖擊等)的影響。

奇怪的實驗結(jié)果

使薩克感到意外的是什么呢?他們看到地球重力環(huán)境下生長的苔蘚與在太空失重環(huán)境下和模擬失重環(huán)境下(回轉(zhuǎn)器)里生長的迥然不同。在地球上生長的苔蘚，重力完全控制著它們的生長方向：苔蘚垂直向上生長，就像玉米地里的幼芽一樣。但在航天飛機和回轉(zhuǎn)器中生長的苔蘚，按照以前太空中植物生長的情況，薩克等推測應(yīng)該是隨機、無序地生長。但實驗的結(jié)果卻出乎他們的意料，他們觀察到屋頂蘚類長成驚人有序的、順時針的螺旋形狀。科學(xué)家研究了太空苔蘚在不同生長時期的變化，發(fā)現(xiàn)重力消失后，苔蘚的生長分為兩個時期，開始時像輪子中的輻條，細(xì)胞從它們原先播種的地方向外生長。后來，細(xì)絲的尖端以弧狀生長，這樣整個苔蘚就生成順時針的螺旋狀。

研究人員除了對這種現(xiàn)象感到十分驚奇，最感興趣的是為什么苔蘚類植物在太空中會長成螺旋狀。研究人員推測在太空中屋頂蘚類螺旋形狀的出現(xiàn)是另外一種隱藏在它們體內(nèi)的機制在起作用。在地球上，這種機制被重力的作用所抑制，到太空后重力的抑制作用消失了，屋頂蘚類內(nèi)在的機制起到主導(dǎo)作用，使它生成這種可愛的螺旋狀。

在地球上，苔蘚原絲體中的淀粉顆粒由于受到重力的影響而下沉，成為影響原絲體生長的主要因素。在太空，由于重力的作用消失，細(xì)胞中重的淀粉顆粒不再下沉，而是在細(xì)胞內(nèi)隨意漂浮。這樣，重力不再影響苔蘚的生長了，苔蘚應(yīng)該像以前的太空中植物一樣，隨意地生長。但是，STS－87中的實驗結(jié)果出乎人們的意料，在原絲體細(xì)胞中出現(xiàn)顆粒的聚集。科學(xué)推測影響太空苔蘚生長的其他因素可能有兩個：1)細(xì)胞骨架。植物細(xì)胞也有像人一樣的骨骼，不過它是由多種蛋白組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在細(xì)胞內(nèi)它的功能是將各種細(xì)胞器和膜結(jié)構(gòu)組織起來，使它們各自行使自己的功能。細(xì)胞骨架有很多作用，其中一個作用是控制淀粉顆粒的移動。因此，太空苔蘚原絲體中顆粒的聚集可能與細(xì)胞骨架有關(guān)。2)鈣離子。鈣離子可以自由進出細(xì)胞，控制著細(xì)胞頂部的生長。太空失重情況下原絲體中淀粉顆粒的這種奇特的聚集可能會影響鈣離子的運動，然后控制著苔蘚的原絲體朝著順時針方向生長。

太空苔蘚的這種表現(xiàn)是十分有意義的。薩克說：“這個結(jié)果不同尋常，因為這是研究人員首次在太空中看到這種植物生長的反應(yīng)。”目前還不了解太空苔蘚出現(xiàn)這種奇特反應(yīng)的原因，因此科學(xué)家們還要在太空進行進一步的實驗，揭開太空苔蘚生長的秘密。

責(zé)任編輯 蒲 暉