每日看点!种菜不易：一帆风顺的科学幻想与月壤实验的挫折

人类与种菜的渊源始于很久很久以前。

【资料图】

虽然许多过分简单化的科普材料会把“进化”说成是一种单向度的“发展进步”，但事实上，物种的基因突变从来都是混沌、随机而无序的。一些不那么好使的基因突变，也有可能阴差阳错地发生并保留下来。在上千万年之前，当人类的祖先还是一群树栖动物时，一次偶然的基因突变让我们失去了关键基因，无法自行在体内合成维生素C，而这一突变在当时没有形成任何影响——毕竟，住在树上的人类祖先有吃不完的树叶和水果，维生素C的补充并无问题。

* 橙子、橘子等水果中含有大量的维生素C

但是，随着人类的进化，问题就来了。离开了树木的人类不得不从蔬菜水果中摄入必要的维生素，而当野生资源不足时，种植就变成了唯一选择。

与相对更加重要的粮食作物相比，人类对蔬菜水果的培植要稍微晚一些，但也仍有数千年的历史。在三千年前开始形成的《诗经》中，就提到了葵、蒲、藕、韭、菌、瓜等诸多蔬菜类食物，其中相当一部分是人工栽培的。而即便在维生素已经可以通过工业手段合成的现代，由于食用蔬菜已经与人类的文化与习惯深深融合，因此，蔬菜的培植仍然继续发展进行着……而对于试图走向星辰大海的人类而言，如果要到其它天体上长期定居，那么，在当地种菜也会成为一个必要课题。

对于这项课题的研究其实并不罕见，而且在过去的很长时间中，结论都相对乐观：在不止一次实验中，以脱水干燥过的火山灰土模拟的月壤或火星土壤种植植物的努力都取得了成功，这使得许多人相信，在地球之外的土壤中种菜，至少不是件无法做到的事儿。因此，不少科幻作品中“顺理成章”地出现了类似的桥段，比如《火星三部曲》等，其中最著名的就是以其科学知识“硬度”著称的《火星救援》。

* 电影《火星救援》中，主角在火星上种植土豆

在原著小说中，主角因为在完成火星科考任务、准备返回地球时意外被击伤，因此被困在了火星表面，而救援将在很久之后才会抵达。为了确保自己生存下去，他找到了几个本来打算用于节日庆祝聚餐的生土豆，将它们播种下去作为粮食——自然，作者也很清楚，极度干燥、贫瘠的火星土本身无法直接用于种土豆，不过，在小说中，主角设法弄到了足够的水，并利用粪便中的有机物和微生物改造了土壤，然后进入了按部就班种植和收获土豆的阶段。哪怕为了戏剧性，故事中被强行安插了几个意外，但最后的结局依然是土豆满仓、有惊无险。

不过，最近由佛罗里达大学进行的一项实验表明，小说中的这种描述或许过分乐观了：在这次实验中，研究小组费尽功夫申请到了12克月壤（这一步比实验本身难多了，足足花了十五年才成功。所以这类课题可不适合作为研究生的毕业论文），分别来自于阿波罗11、12、17号任务的采集所得，用于培育植物。由于可用的月壤太少（毕竟地球和月球之间的“物流”实在成本过高），这些月壤被分为12份1克的小份，种植的植物被选择为拟南芥。

* 通过肉眼看到的月壤，就像黑色的沙土，但颗粒更细，并且干燥没有水分。但是在显微镜下看到的月壤，不仅有了色彩，形状也各不相同。图为嫦娥五号月壤样品（图片来源：中国科学院科学传播局科技摄影联盟）。

对于所有对“外星种菜”这个话题有些了解的人而言，拟南芥这种植物都不会让他们感到陌生：这种细弱的一年生草本植物植株小、生存能力强、每代成长周期短（从发芽到开花不足六周），而且基因组简单、已经被相对透彻地研究过，因此适合作为实验植物和恶劣环境下的“开路先锋”。在许多年前，就有人提议利用无人探测器在火星表面试种转基因拟南芥，以测试在火星种植植物的可行性。当然，这一计划最终未能实现，但这次，这些不起眼的小草还是通过被栽入月壤的方式，在地球上曲线实现了“长在外星土地上”的梦想。

* 拟南芥已成为全球应用最广泛的模式植物，被誉为“植物中的果蝇”

当然，就像《火星救援》的主角一样，这次研究的参与者们也很清楚，直接在月壤里种东西显然不行，因此，他们也对手头这点少得可怜的月壤进行了必要的改造：在月壤下方，研究人员垫了7毫米厚疏松多孔的棉岩，将准备好的水和营养物质储存了进去，然后覆盖了一层0.45微米的滤膜，并将每份一克的月壤盖在上面，让含有营养的水分可以通过渗透作用进入月壤、维持拟南芥的生长。从理论上讲，做到了这一步之后，月壤的改造已经完成了，接下来只需要等待着新生命破土而出，为全世界带来希望……

当然，新生命确实破土而出了：种植在12份月壤样本内的拟南芥种子（2-4粒，因为体积是在太小，是用移液枪“播种”下去的）全都成功萌发，另一批拟南芥则按照“老规矩”种在人造的模拟月壤内，作为实验中的对照组。不过，在萌发后仅仅一个星期，真实月壤中播种的拟南芥就出了问题：它们的根系生长远比对照组缓慢，整体长势也相当之差，一部分拟南芥甚至直接停止了生长。而在播种三周后，对收割的拟南芥进行的基因测序表明，种植在真实月壤中的拟南芥基因组内表达出了大量抗盐、抗金属、抗氧化基因，这是模拟月壤中种植的拟南芥未曾出现的情况。换言之，真实月壤对植物生长的胁迫因素显然要远超过模拟月壤。

虽然在实验结果公布后，一部分对于“报喜”有着近乎强迫症般爱好的网络媒体和自媒体立即开始打出了诸如“外星种菜成为可能！”“攻克了外星种菜难关！”之类的标题进行炒作，但事实上，实验本身的结果显然难言成功。正所谓“实践出真知”，利用真实月壤培植的拟南芥的糟糕长势恰恰表明，光是指望在月球（很可能也包括火星）的土壤中加入足够的水和养分就拿来种植作物的想法，显然是不太靠谱的。而过去进行的模拟实验，事实上并不足以充分模拟这些地球之外土壤的理化性质对植物的影响，其参考价值极为有限。更重要的是，这些实验还是在地球大气之内进行的，如果真像许多科幻作品里所描述的那样，直接将植物栽在火星表面“改善环境”，结果恐怕会非常不容乐观。

当然，这并不是说，在离开地球之后，我们就一定和绿色植物无缘：一个最为简单的办法，是放弃直接在土壤中种植植物，改为水栽。这样不但更加节省空间，而且也相对更为可控（栽培用的营养物质和水都可以依靠循环利用获取），甚至在完全封闭的小型居住区内也可以种出各类蔬菜来。除此之外，通过基因技术改良植物本身、使其能够适应胁迫条件更多的土壤和当地环境，也是一种可行之道，只不过，这条路上需要突破的障碍会更多，也更困难。

但毋庸置疑，正如过去数十万年的人类进化史所说明的那样，只要有可能做到，人类就一定会带着与自己共存的物种扩散与繁衍。即便很少会一帆风顺，但“走出去”永远都是人类种群最强劲的原初驱动力。

本文来自： 中国数字科技馆

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