空間站花朵上的霉斑如何幫助我們前往火星？

知識 08-31

當斯科特·凱利（Scott Kelly）在Twitter上發布了一張國際空間站上當前一批百日菊霉葉的照片時，看上去科學被詛咒了。實際上，科學之花盛開得比以往更強健。一個貌似的系統失敗實際上是一個獨特的機會，可以讓地球上的科學家更好地了解植物在微重力環境下的生長情況，讓宇航員更好地練習在深空探測計劃中將分配到的任務：自主種植。

NASA的蔬菜實驗科學小組負責人焦亞·瑪薩（Gioia Massa）博士說：「雖然植物的生長並不完美，但我認為，我們由此獲得了很多東西。我們正在了解更多關於植物和流體的信息，還有更好地在地面和空間站之間從事運營。無論最終的開花結果如何，我們都會收穫很多。」

從乾旱到水災：當問題變成了學習的機會

蔬菜（Veggie）植物生長設施是2014年5月初安裝在這座軌道實驗室中的，隨後它的第一批作物——「Outredgrous」紅葉萵苣開始了生長。第一個生長周期遭遇了一些問題。

空間站花朵上的霉斑如何幫助我們前往火星？

2014年5月7日，NASA的宇航員、第39遠征隊的史蒂夫·斯萬森（Steve Swanson）開啟了蔬菜植物生長系統的紅、藍、綠色LED燈光。（圖片提供：NASA）

蔬菜計劃的經理特倫特·史密斯（Trent Smith）說：「我們由於乾旱的壓力損失了第一波生長的兩株植物，因此對第二輪作物非常警惕。」

第二輪同樣的萵苣種植是在7月初由NASA的宇航員斯科特·凱利啟動的。由於第一輪種植吸取的教訓，宇航員對植物的澆灌與採集做了調整。綠葉按照計劃生長，只有一個種植枕頭包沒能有所產出。這次當一個月之後可以收穫萵苣時，空間站機組成員食用了菜葉。

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NASA宇航員斯科特·凱利與謝爾·林格倫（Kjell Lindgren）正在品嘗VEG-01研究收穫的蔬菜。（圖片提供：NASA）

實驗大綱中的下一種作物是一批百日菊，不過選擇它們的原因並非外觀漂亮。它們中選的原因是，這種植物可以幫助科學家了解在微重力環境下植物的開花與生長過程。

蔬菜計劃的經理特倫特·史密斯說：「百日菊與萵苣差異很大。它對環境參量以及光照特性更加敏感。它的生長周期更長，介於60到天之間。因此這種植物的種植更為困難。而由於它能夠開花，而且生長周期更長，它是番茄種植的優良先驅。」

空間站花朵上的霉斑如何幫助我們前往火星？

百日菊植株表現出了吐水（上）和偏上性（下），這都是植株壓力的表徵。（圖片提供：NASA）

然而在進入生長周期區區2周多之後，NASA的宇航員謝爾·林格倫注意到，水正在從一些毛細引流條（從種植枕頂部扎出的白色口蓋，其中含有種子）流出。水分淹沒了三株植株。10天內，科學家注意到了一些植株葉片上的吐水現象。當植物內部的壓力積累起來，迫使額外的水分從葉尖冒出時，就會發生吐水。它會在植株受潮的情況下出現。另外，百日菊的葉片開始下垂，並嚴重彎曲。這一情況叫做偏上性，可以說明根部遭受的水災。這些反常現象都說明，植物生長設施中受抑制的氣流再加上過量的水分，可以為植株帶來嚴重的問題。

史密斯說：「在觀察到吐水以及更顯著的自由水數量之後，我們決定將蔬菜實驗的風扇速度從低調到高。我們有證據說明在蔬菜設施內部的空間中氣流有所減少，因此需要調高風扇轉速，讓環境變乾燥。」

然而12月一次計劃之外的太空行走讓調整工作被推遲了。那時，一些植株的株葉組織開始死亡。12月22日，史密斯在凌晨3時45分接到了一個電話。太空花園的麻煩在醞釀著。

他說：「當濕度較高且表面潮濕的時候，植物的葉子就開始死亡，而這是黴菌生長的主要地盤。」

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黴菌最開始是在植物生長床左下角E枕包的植株上生長的。（圖片提供：NASA）

發霉問題把史密斯叫醒，並在凌晨4點讓蔬菜小組接了電話。在4個小時之內，研究者提出了新的流程，並與NASA的宇航員斯科特·凱利取得了聯繫，後者在林格倫12月18日返回地球之後負責照顧百日菊。凱利戴上了作為安全防範措施的防塵面罩，並切下了受到感染的霉變植物組織。隨後霉變組織被保存在了零下80度實驗室冷凍器（MELFI）中，這樣它可以被帶回地球進行研究。植株表面與種植枕表面也使用擦拭布消了毒，而風扇繼續高速運行，以圖保持蔬菜實驗艙的乾燥，並抑制黴菌生長。

但是到了聖誕夜，凱利聯繫了地面支持小組，報告了植株的新問題。看上去風扇的高轉速讓植株乾燥得過快，而凱利說，他認為他們需要更多的水分。不過他被告知，下一次預定的澆水要到12月27日才能進行。

凱利告訴地面小組：「我認為，那樣就太晚了。你們知道，我以為如果我們以後要去火星的話，我們得要自己種菜吃，我們需要自己來確定植物何時需要澆水。就好像是在我家後院一樣，我看了一眼，然後說『哦，我可能需要今天給草地澆水了。』我認為這應該是我們解決問題的方式。」

不過霉變的消息並沒有破壞史密斯過聖誕節的興緻。

史密斯說：「我們計劃要弄清如何自主種植，而他的請求非常合宜。2015年的聖誕夜就是我們的禮物！」

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2015年8月，NASA的宇航員斯科特·凱利與第二波紅葉萵苣一起拍下了這張自拍照。（圖片提供：NASA）

扮演自主園丁的角色

就這樣，凱利成了空間站上的自主園丁。

史密斯說：「這太好了——他全權負責此事。我們將照顧植株的任務轉交給了斯科特。他看到過萵苣，而且有了所需的工具，因此我們只需為他提供速成指導，讓他了解百日菊的情況。」

蔬菜實驗小組編寫出了《軌道園丁的百日菊照料指南》，其中給出了養育百日菊的基本指導原則，並將決策權交給了守在植株跟前的宇航員。這份照料指南並不像是大多數科學實驗所遵循的逐頁流程詳述，而是只有一頁的精簡介紹，目的是支持凱利的自主園丁工作。凱利在苦惱中將一張花卉的照片發布在了Twitter上，指出他不得不從《火星救援》影片的一個角色中尋求靈感。

百日菊面臨的問題並不是看似的植株末日，而是為地球上的科學家提供了多個學習的機會。實際上，史密斯說，這一經歷返回了科學實驗的本真：查明不能奏效的方法，並給出解決方案。史密斯稱，對於前往火星的機組成員來說，科學家需要知道如果植物遭受了乾旱，水災、黴菌生長或其他的挑戰，將會發生什麼情況。切除死亡組織並為植株消毒是否奏效？改變澆灌日程會對生長帶來何種影響？機組成員如何可以獲得更多的機會，來負責種植過程？

史密斯說：「所有這些事情都包含有如此多的信息，我的頭腦要轉好幾個彎才能弄清焦點所在。這非常好。這就是讓我們去種植其他作物的真正原因。」

史密斯稱，蔬菜實驗小組希望能夠朝向自主種植邁進，而其中的關鍵就是凱利自告奮勇的參與，並獨立於地面支持小組來照顧植株。

勝利，而非麻煩

在凱利節日期間英雄般的園丁壯舉之後，兩株植株已經死亡，它們被剪切下來，並存在冷凍器內，以供帶回地球進行研究。但是他們並沒有喪失所有的希望。剩下的兩株植株生長茂盛，甚至還長出了新的花蕾嫩枝。

史密斯說：「我們看到，它們在自己的壓力狀態下成長了起來，而新的生長並沒有表現出葉子彎曲的跡象。我們看到，我們可以使用風扇來調節環境。我們並沒有看到吐水或自由水分。因此對於軌道上的自主園丁來說，我們學到了很多東西，也對工具有了更好的了解。」

1月8日，凱利在Twitter上發布了一張植株生長進度的照片。

1月12日，凱利發布的圖片表明，少數幾個花蕾最外層的幾個花瓣已經開始綻放了。史密斯說，從花蕾到花朵綻放再到全面開花的過程大約需要7到10天，因此下周可能就會看到花朵了。

如果花朵確實開放了，這可能對整個機組（而不僅僅是凱利）來說都是個激動人心的機會。先前在軌道上從事種植實驗的宇航員注意到，這是讓所有機組成員齊聚一堂的體驗。1996年，當NASA宇航員香農·露西德（Shannon Lucid）在俄羅斯的和平號空間站上種植小麥的時候，她讓全體機組成員來檢查了麥稈頂端的新生種子尖。2014年6月，當國際空間站上收穫了第一批萵苣時，多名機組成員都參與到了活動中來。去年8月，當收穫第二批萵苣時，宇航員被允許品嘗自己的勞動果實。他們聚集到一起，與空間站上的國際合作夥伴分享了產出。

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1996年，NASA的宇航員香農·露西德在前往俄羅斯和平號空間站執行任務期間種植了小麥。（圖片提供：NASA）

NASA人類研究計劃（HRP）行為健康與表現（BHP）分支的代理成員科學家亞歷山德拉·惠特邁爾（Alexandra Whitmire）說：「植物確實可以延長在孤立封閉極端環境下執行長期任務的時間。這樣的環境是人工建造的，缺乏自然元素。雖然可能並不是每一個機組成員都樂於照料植物，但對於很多人來說，有這樣的選擇是有益的。」

雖然在太空種植植物帶來對心理有益的證據多半還只是軼事，但惠特邁爾說，在準備火星任務期間，蔬菜實驗這樣的努力可以帶來重要的信息。

惠特邁爾說：「在未來的任務中，考慮機組成員與地球的聯繫有限，植物的重要性可能會提升。對其他孤立封閉環境（如南極科考站）的研究證明，在周圍刺激匱乏的情況下，植物在封閉環境下有多麼重要，還有更多的新鮮食物是如何提升心理狀態的。」

惠特邁爾說，植物生活在未來航天任務中的意味是非常深遠的。

更多供Veggie實驗種植的作物將搭乘SpaceX-8貨運飛船抵達這座軌道實驗室。Veg-03實驗將種植兩組白菜，還有一組紅葉萵苣。2018年，他們計劃向空間站發射小西紅柿的種子。史密斯說，種植百日菊期間學到的經驗對於西紅柿的種植來說是至關重要的。蔬菜植物種植設施的照明調節對植物礦物質組分影響的相關研究也在進行中。研究者將進行飛行前的測試，以確定供空間站使用的「光線配方」。

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