植物微重力下难交配 太空农业或面临挑战(图)

2013-03-18 10:20:06  来源:新浪科技

 花粉粒伸出一根花粉管

  花粉粒伸出一根花粉管

欧洲航天局的测试设施

  欧洲航天局的测试设施

  新浪科技讯 北京时间3月18日消息,据美国国家广播公司新闻网站(nbcnews.com)15日报道,科学家进行的一项新研究发现,植物很难在微重力环境下交配。这一发现意味着发展太空农业可能面临不小挑战。此外,这项研究也揭示了重力如何对细胞间运输产生影响。细胞间运输对植物交配和人类脑细胞的通讯至关重要。

  目前,重力将对人类的性行为产生何种影响仍旧是一个未知数。如果一项挑选已婚夫妇上演火星之旅的私人计划付诸实施,科学家便有望了解这种影响。虽然不像人类的性行为那样充满刺激和兴奋,植物的交配却是一个绝佳的研究对象,可用于了解细胞之间如何运输物质。

  降落柱头(开花植物的雌性器官)上后,花粉粒会生长出花粉管,充当一条输送精细胞的管道,让它们与卵子结合。花粉管细胞的生长速度在植物王国居于首位。研究参与者、加拿大蒙特利尔大学生物学家安吉-戈特曼表示这种快速生长对实时研究细胞间运输非常重要。如果是其他植物细胞,科学家不得不等待几周时间,才能观察到它们对重力的反应。相比之下,花粉管内的反应只需要短短几秒钟。

  此外,花粉管也是一个用于研究细胞间运输机制的出色模型,因为它们感知不到重力。花粉管的任何反应只能因重力的物理效应所致,而不是细胞感知到重力,随后相应改变自身行为。一些植物细胞能够感知到重力,根部细胞中的微小结构平衡石确保植物的根往下生长。花粉管的生长追随雌性植物释放的化学信号,因此无需重力信息。在这种情况下,它们就变得和任何带有细胞核的细胞一样,例如动物细胞。

  在此项研究中,并没有花粉管被送入太空。戈特曼和同事利用欧洲航天局的设施进行研究。他们利用一个直径8米的离心机,让正在生长的花粉管暴露在20g(地球重力的20倍)的重力环境下。此外,他们还将花粉管放入欧洲航天局的随机定位机,利用这台机器让样本以特定的速度朝着各个方向旋转,消除来自每一侧的引力效应,进而模拟太空的微重力。戈特曼在接受美国《生活科学》杂志采访时表示:“这不是真正意义上的零重力。施加于样本的重力始终保持在1g,但方向发生改变。”

  研究人员利用显微镜对样本进行实时观察。研究发现显示花粉管可能无法感知到哪个方向是上,虽然重力仍旧产生影响。在模拟微重力环境下生长的花粉管直径比1g环境下的花粉管小8%。在5倍于地球重力环境下,花粉管的直径比1g环境下大8%,20倍地球重力环境下大38%。在模拟微重力环境下,花粉管的表面膨胀率下降了39%。

  形成花粉管基本上就是一项微型细胞建筑工程,细胞运输小泡,沿着花粉管的生长方向扩建细胞壁。研究人员发现纤维素和胼胝质的移动在高重力和微重力环境下遭到破坏。戈特曼说:“这些细胞内的细胞间运输在确定的通道内进行。在高重力和微重力环境下,这种运输受到影响。”在《公共科学图书馆-综合》上,戈特曼和同事报告了他们的研究发现。

  戈特曼表示动物的繁殖与植物的繁殖存在很大差异,因此不能根据这项研究得出任何有关太空中人类性行为的确切结论。根据《斯堪的纳维亚妇科学与产科学报》1996年刊登的一篇论文,对太空性行为的担忧包括辐射暴露对胎儿发育的影响以及微重力的不明影响。

  微重力下植物交配的研究发现对人类并非毫无意义。戈特曼表示细胞间运输对人体细胞非常重要,尤其是神经元细胞。根据《先进太空研究》2002年刊登的一篇有关鱼类大脑的研究论文,微重力会对突触的形成产生影响。根据美国宇航局2012年公布的一份研究报告,宇航员的认知功能在太空中下降,具体程度因人而异。造成这种现象的原因包括睡眠剥夺和辐射压力,不过,没有人知道神经细胞的细胞间运输是否也是一个因素。

  戈特曼说:“很多神经疾病与细胞间运输有关,例如亨廷顿氏舞蹈症、帕金森氏症以及阿尔茨海默氏病。”人类需要了解太空中的植物交配,因为在长期太空任务或者对其他行星进行殖民过程中,我们需要植物满足自身食物需求。戈特曼在一封电子邮件中指出:“如果我们希望在太空中进行农业生产,我们必须考虑这个因素。为了进行长期植物种植,我们必须寻找能够在零重力环境下进行繁殖的物种。”(孝文)

关键字: 花粉管 微重力环境
责任编辑: 房小葵
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