养草养鱼养动物做核酸,这个太空实验舱

本文转自：青年报

青年报·青春上海记者刘晶晶

在太空里还要做微生物核酸检测？养鱼种草又有哪些别样的装置？随着今天问天实验舱被航天员成功“解锁”，舱内究竟能做哪些科学实验也引发了好奇。记者从中科院上海技术物理研究所获悉，由该所研制的载人空间站生命科学实验系统，就在空间站里建起了两座可以“拎包入住”的实验柜。

◇“拎包入住”方便航天员做太空实验◇

一个大“衣柜”里5个小“抽屉”，这就是生命生态科学实验柜的模样。

生命生态柜科学实验系统主要研究植物在空间环境条件下的微重力效应，以及空间受控生命生态系统等。“为未来人类到更远的太空，或者长期在轨必须要解决的一些基本的科学问题。”上海技物所空间生命科学仪器研制团队负责人张涛介绍说。

5个实验模块中最大的一个是通用生物培养模块，其他还有小型通用生物培养模块、小型受控生命生态实验模块、小型离心机实验模块，微生物检测模块等。另有一个单独在外的小“抽屉”是舱内辐射环境测量模块。“太空有较强的辐射，无论对设备还是对生物都会有相应的影响，环境测量结果数据也有助于科学研究。”张涛表示。

适用于植物、微生物、水生生物、蛋白质和小型动物，有4类实验模块和多个可组合配置的实验单元，可以在线做多种气体及微生物检测等，让这套实验柜比国际空间站的同类实验设施更具看点。

张涛任主任设计师的生物技术科学实验系统，研究的是空间生物技术及应用。其中最核心的细胞组织实验模块，为了能降低航天员在太空中做实验的操作难度，还实现了“拎包入住”。

结构工程师张寅介绍说，这是一个全自动的实验系统，生物样品培养、精细观察和现场检测等都是全自动流程，航天员只需在实验前放入样品，实验结束后取出样品即可，大大降低了航天员在轨的劳动强度。

这个系统集生命保障、精细观察、原位检测于一身，只需要更换培养单元，就可以实现不同类型不同种类的实验，同时设计了不同规格体积的培养单元，可以适应不同培养周期的生物样品培养和实验。“相当于房子已经建好装修好了，就等着培养单元‘拎包入住’了。”张寅介绍说，这套装置能同时容纳36个培养单元，满足不同实验的需求。

◇在太空上给微生物做“核酸检测”◇

在空间站里，究竟能做哪些实验呢？

生命生态实验系统的核心模块通用生物培养模块中，可以培养种植一些高等植物的种子幼苗或是植株，“甚至以后可以对线虫、果蝇这种微小型的动物提供培养。”项目负责人许大钊介绍说。

实验系统中为微生物做“核酸检测”也是一个有趣的实验模块。“这是我们一个比较有特色的实验装置，用了两种方法，一种是经典的培养法检测，一种是等温PCR扩增检测，和咱们现在做核酸检测的原理是一样的。”张涛介绍说。

为何要在天上检微生物测呢？由于航天空间站在运行的时候，生命科学实验系统完全是一个密闭的有氧环境，为生物样品提供了一个适宜的生存环境，也“方便”了微生物的繁殖。而实验系统内的细菌不仅会影响科学实验结果，甚至会影响到空间站内部的环境，所以在需要在空间站上对科学实验系统进行生物安全检测，防止产生污染。

培养检测，航天员只需用采样器擦拭一下需要检测的地方，将采样器采集的样品涂抹在培养基上进行培养，利用相机进行自动成像观察。“培养几天后看是否有菌斑长出来，有的话就说明采样的区域是有微生物的，如果没有说明采样区域比较干净。”生物技术科学实验系统副主任设计师刘方武介绍说，鉴定完成后会自动启动紫外灭菌等，将培养基上的微生物进行灭菌处理。

而核酸扩增检测，航天员只需通过气体采样器自动采集科学实验系统环境气体，将采样结果直接装入微生物检测的芯片里面，启动自动流程，进行自动检测，通过荧光强度判断是否含有特定的微生物及其含量。

“对比国际空间站，他们需要采集好样品，等返回地面之后才能进行培养和检测，我们则可以实现原位、在轨的培养和检测。他们用的是抗原检测，我们采取了核酸检测，会更灵敏更准确。”刘方武表示。

“斑马鱼-水草-微生物”小型受控生命生态

◇给植物浇水给鱼儿喂食都是难关◇

在太空的失重环境中做实验，也要克服很多地面上不会出现的困难。

通用生物培养实验模块是在微重力情况下做一些植物类的培养实验，提供光照，水、气的供给，模拟植物生长的环境条件。“在地面给植物浇水很方便，但天上重力小，一个水球如何按照科学家的要求注入到土壤里去，使种子能够吸收到又不至于淹死，都是需要摸索的。”生命生态科学实验系统主任设计师郑伟波说。

太空上资源条件有限，为了节约资源，水也需要循环利用，要把植物蒸腾出来的水，再通过一个回收的小模块重新送回到土壤里面去，形成循环。“我们以前在天宫二号的植物培养体系里面就用了毫升的水，实现了多天的植物培养，就是利用了水回收，可以用很少量的水实现植物全生命周期的培养。”

在小型受控生态系统中，还构建了一个由藻类、水草和鱼形成的小型水生生态系统。藻类和水草是生产者，鱼是消费者，水草和藻类产生氧气供给给鱼，鱼呼出的二氧化碳又供给水草和藻进行光合作用，就形成了一个生态系统。

“我们还在设计这个系统不与外界有物质交换，探索系统内部形成物质循环和能量循环的可行性。”利用这样一个简版的水生生态系统，来摸索一些受控生态系统的参数，为未来在深空探测的月球基地、火星基地上构建一个生态循环系统，为宇航员们提供自给自足的粮食、水和氧气等奠定基础。郑伟波说，这也是一个具有前瞻性的研究平台。

但在天上养鱼，可没那么简单。“这套系统是密闭的，鱼缸盖上盖封住，完全不靠外部调控，只靠鱼、藻和光来控制的话，其实在地面上都很难实现，更别说在天上了。”结构工程师田清介绍说，就好比喂食，在地上打开鱼缸把鱼食放进去就行，在天上就不行，系统是不能够打开的，就需要将食物推入或是注入到鱼类的活动空间。

又比如鱼类产的卵怎么回收，地面上打开盖拿渔网捞一捞就行，在天上很难做到，又是一个很复杂的技术。此外，除了光照和氧气的控制之外，“鱼缸”里面有各种各样的传感器，这些精密传感器在经过严酷的力学环境后会不会损坏，在天上会不会出现轻度漂移等，都是需要考虑的问题。

不过天上也有天上的乐趣——失去了浮力，鱼儿可能会游出千奇百怪的姿态，“大概会极具有观赏性。”田清笑道。

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