空间站花朵上的霉斑如何帮助我们前往火星?

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-02-02 21:54:13 | 作者:Melipal 译 | 来源:NASA | 浏览:1407次 ]

原文标题:How Mold on Space Station Flowers is Helping Get Us to Mars

作者:Rachel Hobson   原文来自:NASA   Posted: 2016. 1. 15

编译:Melipal   审校:Linq (编译版权所有,未经许可请勿转载。)

当斯科特·凯利(Scott Kelly)在Twitter上发布了一张国际空间站上当前一批百日菊霉叶的照片时,看上去科学被诅咒了。实际上,科学之花盛开得比以往更强健。一个貌似的系统失败实际上是一个独特的机会,可以让地球上的科学家更好地了解植物在微重力环境下的生长情况,让宇航员更好地练习在深空探测计划中将分配到的任务:自主种植。

NASA的蔬菜实验科学小组负责人焦亚·玛萨(Gioia Massa)博士说:“虽然植物的生长并不完美,但我认为,我们由此获得了很多东西。我们正在了解更多关于植物和流体的信息,还有更好地在地面和空间站之间从事运营。无论最终的开花结果如何,我们都会收获很多。”

从干旱到水灾:当问题变成了学习的机会

蔬菜(Veggie)植物生长设施是2014年5月初安装在这座轨道实验室中的,随后它的第一批作物——“Outredgrous”红叶莴苣开始了生长。第一个生长周期遭遇了一些问题。

2014年5月7日,NASA的宇航员、第39远征队的史蒂夫·斯万森(Steve Swanson)开启了蔬菜植物生长系统的红、蓝、绿色LED灯光。(图片提供:NASA)

蔬菜计划的经理特伦特·史密斯(Trent Smith)说:“我们由于干旱的压力损失了第一波生长的两株植物,因此对第二轮作物非常警惕。”

第二轮同样的莴苣种植是在7月初由NASA的宇航员斯科特·凯利启动的。由于第一轮种植吸取的教训,宇航员对植物的浇灌与采集做了调整。绿叶按照计划生长,只有一个种植枕头包没能有所产出。这次当一个月之后可以收获莴苣时,空间站机组成员食用了菜叶。

NASA宇航员斯科特·凯利与谢尔·林格伦(Kjell Lindgren)正在品尝VEG-01研究收获的蔬菜。(图片提供:NASA)

实验大纲中的下一种作物是一批百日菊,不过选择它们的原因并非外观漂亮。它们中选的原因是,这种植物可以帮助科学家了解在微重力环境下植物的开花与生长过程。

蔬菜计划的经理特伦特·史密斯说:“百日菊与莴苣差异很大。它对环境参量以及光照特性更加敏感。它的生长周期更长,介于60到天之间。因此这种植物的种植更为困难。而由于它能够开花,而且生长周期更长,它是番茄种植的优良先驱。”

百日菊植株表现出了吐水(上)和偏上性(下),这都是植株压力的表征。(图片提供:NASA)

然而在进入生长周期区区2周多之后,NASA的宇航员谢尔·林格伦注意到,水正在从一些毛细引流条(从种植枕顶部扎出的白色口盖,其中含有种子)流出。水分淹没了三株植株。10天内,科学家注意到了一些植株叶片上的吐水现象。当植物内部的压力积累起来,迫使额外的水分从叶尖冒出时,就会发生吐水。它会在植株受潮的情况下出现。另外,百日菊的叶片开始下垂,并严重弯曲。这一情况叫做偏上性,可以说明根部遭受的水灾。这些反常现象都说明,植物生长设施中受抑制的气流再加上过量的水分,可以为植株带来严重的问题。

史密斯说:“在观察到吐水以及更显著的自由水数量之后,我们决定将蔬菜实验的风扇速度从低调到高。我们有证据说明在蔬菜设施内部的空间中气流有所减少,因此需要调高风扇转速,让环境变干燥。”

然而12月一次计划之外的太空行走让调整工作被推迟了。那时,一些植株的株叶组织开始死亡。12月22日,史密斯在凌晨3时45分接到了一个电话。太空花园的麻烦在酝酿着。

他说:“当湿度较高且表面潮湿的时候,植物的叶子就开始死亡,而这是霉菌生长的主要地盘。”

霉菌最开始是在植物生长床左下角E枕包的植株上生长的。(图片提供:NASA)

发霉问题把史密斯叫醒,并在凌晨4点让蔬菜小组接了电话。在4个小时之内,研究者提出了新的流程,并与NASA的宇航员斯科特·凯利取得了联系,后者在林格伦12月18日返回地球之后负责照顾百日菊。凯利戴上了作为安全防范措施的防尘面罩,并切下了受到感染的霉变植物组织。随后霉变组织被保存在了零下80度实验室冷冻器(MELFI)中,这样它可以被带回地球进行研究。植株表面与种植枕表面也使用擦拭布消了毒,而风扇继续高速运行,以图保持蔬菜实验舱的干燥,并抑制霉菌生长。

但是到了圣诞夜,凯利联系了地面支持小组,报告了植株的新问题。看上去风扇的高转速让植株干燥得过快,而凯利说,他认为他们需要更多的水分。不过他被告知,下一次预定的浇水要到12月27日才能进行。

凯利告诉地面小组:“我认为,那样就太晚了。你们知道,我以为如果我们以后要去火星的话,我们得要自己种菜吃,我们需要自己来确定植物何时需要浇水。就好像是在我家后院一样,我看了一眼,然后说‘哦,我可能需要今天给草地浇水了。’我认为这应该是我们解决问题的方式。”

不过霉变的消息并没有破坏史密斯过圣诞节的兴致。

史密斯说:“我们计划要弄清如何自主种植,而他的请求非常合宜。2015年的圣诞夜就是我们的礼物!”

2015年8月,NASA的宇航员斯科特·凯利与第二波红叶莴苣一起拍下了这张自拍照。(图片提供:NASA)

扮演自主园丁的角色

就这样,凯利成了空间站上的自主园丁。

史密斯说:“这太好了——他全权负责此事。我们将照顾植株的任务转交给了斯科特。他看到过莴苣,而且有了所需的工具,因此我们只需为他提供速成指导,让他了解百日菊的情况。”

蔬菜实验小组编写出了《轨道园丁的百日菊照料指南》,其中给出了养育百日菊的基本指导原则,并将决策权交给了守在植株跟前的宇航员。这份照料指南并不像是大多数科学实验所遵循的逐页流程详述,而是只有一页的精简介绍,目的是支持凯利的自主园丁工作。凯利在苦恼中将一张花卉的照片发布在了Twitter上,指出他不得不从《火星救援》影片的一个角色中寻求灵感。

百日菊面临的问题并不是看似的植株末日,而是为地球上的科学家提供了多个学习的机会。实际上,史密斯说,这一经历返回了科学实验的本真:查明不能奏效的方法,并给出解决方案。史密斯称,对于前往火星的机组成员来说,科学家需要知道如果植物遭受了干旱,水灾、霉菌生长或其他的挑战,将会发生什么情况。切除死亡组织并为植株消毒是否奏效?改变浇灌日程会对生长带来何种影响?机组成员如何可以获得更多的机会,来负责种植过程?

史密斯说:“所有这些事情都包含有如此多的信息,我的头脑要转好几个弯才能弄清焦点所在。这非常好。这就是让我们去种植其他作物的真正原因。”

史密斯称,蔬菜实验小组希望能够朝向自主种植迈进,而其中的关键就是凯利自告奋勇的参与,并独立于地面支持小组来照顾植株。

胜利,而非麻烦

在凯利节日期间英雄般的园丁壮举之后,两株植株已经死亡,它们被剪切下来,并存在冷冻器内,以供带回地球进行研究。但是他们并没有丧失所有的希望。剩下的两株植株生长茂盛,甚至还长出了新的花蕾嫩枝。

史密斯说:“我们看到,它们在自己的压力状态下成长了起来,而新的生长并没有表现出叶子弯曲的迹象。我们看到,我们可以使用风扇来调节环境。我们并没有看到吐水或自由水分。因此对于轨道上的自主园丁来说,我们学到了很多东西,也对工具有了更好的了解。”

1月8日,凯利在Twitter上发布了一张植株生长进度的照片。

1月12日,凯利发布的图片表明,少数几个花蕾最外层的几个花瓣已经开始绽放了。史密斯说,从花蕾到花朵绽放再到全面开花的过程大约需要7到10天,因此下周可能就会看到花朵了。

如果花朵确实开放了,这可能对整个机组(而不仅仅是凯利)来说都是个激动人心的机会。先前在轨道上从事种植实验的宇航员注意到,这是让所有机组成员齐聚一堂的体验。1996年,当NASA宇航员香农·露西德(Shannon Lucid)在俄罗斯的和平号空间站上种植小麦的时候,她让全体机组成员来检查了麦秆顶端的新生种子尖。2014年6月,当国际空间站上收获了第一批莴苣时,多名机组成员都参与到了活动中来。去年8月,当收获第二批莴苣时,宇航员被允许品尝自己的劳动果实。他们聚集到一起,与空间站上的国际合作伙伴分享了产出。

1996年,NASA的宇航员香农·露西德在前往俄罗斯和平号空间站执行任务期间种植了小麦。(图片提供:NASA)

NASA人类研究计划(HRP)行为健康与表现(BHP)分支的代理成员科学家亚历山德拉·惠特迈尔(Alexandra Whitmire)说:“植物确实可以延长在孤立封闭极端环境下执行长期任务的时间。这样的环境是人工建造的,缺乏自然元素。虽然可能并不是每一个机组成员都乐于照料植物,但对于很多人来说,有这样的选择是有益的。”

虽然在太空种植植物带来对心理有益的证据多半还只是轶事,但惠特迈尔说,在准备火星任务期间,蔬菜实验这样的努力可以带来重要的信息。

惠特迈尔说:“在未来的任务中,考虑机组成员与地球的联系有限,植物的重要性可能会提升。对其他孤立封闭环境(如南极科考站)的研究证明,在周围刺激匮乏的情况下,植物在封闭环境下有多么重要,还有更多的新鲜食物是如何提升心理状态的。”

惠特迈尔说,植物生活在未来航天任务中的意味是非常深远的。

更多供Veggie实验种植的作物将搭乘SpaceX-8货运飞船抵达这座轨道实验室。Veg-03实验将种植两组白菜,还有一组红叶莴苣。2018年,他们计划向空间站发射小西红柿的种子。史密斯说,种植百日菊期间学到的经验对于西红柿的种植来说是至关重要的。蔬菜植物种植设施的照明调节对植物矿物质组分影响的相关研究也在进行中。研究者将进行飞行前的测试,以确定供空间站使用的“光线配方”。

1月12日的照片,图中可见在剩余植株的某些花蕾上已经开始绽放出了新的花瓣。(图片提供:NASA)

现在,科学家继续密切监控着百日菊的生长,并遵循着凯利基于自身观测对植株进行的照料。这一轮蔬菜实验期间经历的意外实际上已经提供了大量机会,让人们获取新知,并了解未来火星之旅期间一个关键的组成部分。

不过史密斯知道,太空花园与其他任何花园都不尽相同。有时,植物就是不生长。蔬菜实验小组希望,新出现的花瓣很快将全面绽放。

史密斯说:“我永远都是乐观派。”

(全文完)

Tags:微重力 植物

责任编辑:Melipal

本周热点

在新窗口打开 实际大小 关闭 鼠标滚轮缩放图片

loading.