种子在太空中的奇妙变化

□ 郭锐

种子在太空中的奇妙变化

□ 郭锐

航天育种就是用返回式航天器或高空气球搭载植物的种子去外太空玩耍一圈。那么，一颗种子到太空旅行后会发生怎样奇妙的变化？两个字：变异！准确的说是种子的DNA排序发生各种不可控的变化。那么，种子在太空中为什么会发生变异呢？

“晕菜”的种子和被步枪打中的“哥斯拉”

一方面，太空种子所处的环境，总体上导致种子远离了曾经一代代适应了亿万年的地球表面，其内部的各种组成，都开始有点“晕菜”了。

最明显的是，原本按地球表面重力、磁场等的强度和方向来维持平时自我状态及相互关系的某类细胞、某个基因甚至某群分子，以及其内部某股生物指令信息的产生、传递、作用等，现在都“乱”了，自我状态、相互关系等状态一定会变，而且变了以后就很难再调整回来，一定会影响到将来发芽时的生长。再考虑到宇宙空间还同时具有真空程度极高、温度相对很低、周围又极其洁净等因素，也都是地球表面不可能同时具备的，也会对植物种子内部各组成单元的运转产生较大影响。

另一方面，也是更重要、更明显、更关键的方面，就是密集而强大、带电而高能的宇宙射线，对种子内部各组成单元的强烈轰击。

与组成种子细胞的染色体、DNA、基因、蛋白质等各种单元相比，宇宙射线如质子束、中子束、α粒子束、电子束、γ射线、超高能中微子束等，都是“次原子级别”的。在宇宙射线面前，种子内部的那些细胞，简直就是一个个庞然大物。如果把某种宇宙射线流的某个粒子比做一颗步枪子弹，那么种子细胞体积，就比地球上曾经出现过的最大的恐龙还要大很多很多倍，甚至比美国怪兽电影《哥斯拉》中的变异怪兽哥斯拉还要大很多倍。而种子本身，简直就像是一座喜马拉雅山。

正如《哥斯拉》电影所描绘的那样，人类面对比摩天大楼还要高大的哥斯拉，使用步枪打击时，步枪子弹肯定不会将哥斯拉“一击毙命”，哥斯拉甚至在被自动步枪发射的一连串子弹全部击中时毫无反应。但没被打死，不代表哥斯拉的身体内部没有受伤。单个步枪子弹对哥斯拉的身体整体没有什么威胁力，但一定会伤到其内部的某根血管、某条神经、某个关键。也正是因为如此，哥斯拉的动作才越来越迟缓，最终被人类用成群的导弹干掉。

这个例子，可以用来辅助想象宇宙射线粒子流击中种子的情况。只不过按比例参照的话，种子的体积比哥斯拉还要大，宇宙射线粒子的体积则比步枪子弹还要小，而且速度还更快，快到了不能再快的光速，能量还更高。如果把某个射线粒子按比例放大到子弹那么大，则子弹在它面前，论速度只是一个上千年才爬出不足一米的蜗牛，论能量只是一个老太太用的“痒痒挠儿”。步枪子弹无法击穿哥斯拉的身体，可能连一条腿都不能击穿；而宇宙射线却可以轻而易举、简直就是没有感觉地穿透任何一粒种子。

但是，就在穿透种子的过程中，宇宙射线流粒子却命中了某个或某些染色体、基因片段、蛋白质等细胞内部构成单元。这些单元，都是“分子级别”或“次原子级别”的。当这些单元被射线粒子流击中时，就相当于一个刚刚出壳、尚未长大、壳甲未硬的“小哥斯拉”被步枪子弹击中了。按这样的比例，种子细胞相关单元不但会立即被射线粒子击穿，而且一定会“受伤”。结果，从整体上看，种子各细胞都依然是完整的，种子本身外表上也看不出来有什么变化，但其各细胞之内的构成单元本身，或者说单元之间的相互关系被改变了。

▲ 植物自然变异

尤其是DNA。不论是动物还是植物的DNA，都具有将生命个体全部特征遗传给后代的“天赋使命”，所以它的存在就是为了复制自己、复制生命。为了完成这个大自然赋予的使命任务，它还具备受伤之后马上就要自我修复的特殊能力。但当它被宇宙射线击中之后，身上的某个或某几个基因片段可能移位了、转向了、脱落了；重组修复过程中，并不能完全按照受伤前的固定模样来恢复。于是，这个变化，就这么保持下来了。当新的基因组合完成之后，这个DNA，在主要表现上与原来的没有什么大的改变，但一定会在某些局部特征上，或者说今后对细胞工作发布的各种指令上，出现重大的改变。这种改变，就是基因变异。

不可预知的改变

上面所说的就是植物种子在太空中将会遭遇什么情况，同时又可能会发生的变化。现在，估计有人就要问了：既然太空环境如此独特，那是不是任意抓一把种子，放到返回式卫星或载人航天器上，到太空中转一圈，回来后种到地里，马上就能获得全新的优质品种了呢？

不是的，事情并没有那么简单。当种子们被送入太空、暴露到宇宙射线流中时，并不是每一粒种子的基因，都会朝着人类希望的方向发生变异，甚至也不是每一粒都会发生变异。这是因为，虽然宇宙射线在太空中无处不在、无时不有，但种子在太空中停留的时间是有限的，也不是360度转遍地球上空的每个位置，所以并不能保证刚好有一股足够强大的射线流穿过它。

根据多次试验的累计统计，送入太空停留数天的种子，平均只有0.05%～0.5%会发生可以观测到的基因突变。就是说，1000粒同样的种子里面，只有多则5粒、少则半粒，会发生变异。当然，就是这么一个看似很低的概率，就已经远远超过只有二十万分之一的“自然变异”的水平了。而在这些寥寥无几的变异种子中，朝着抗倒伏、抗疾病、抗虫害和早成熟、高产量、多开花等好的方向转化的，依然只是少数。更多的，则是某些重要基因被宇宙高能射线破坏掉，反倒更容易生病了，使得产量变少了。

这是因为，无论是微重力、弱地磁也好，强大的宇宙射线也好，还是它们对种子细胞的综合影响也好，都不是人类所能主导的。人类的科学技术虽然已经足够发达，但还没有达到能够预测宇宙射线强度、种类，并加以控制和指挥的程度。宇宙射线是以光速前进的，在它击中某个目标之前，这个目标是用任何手段都无法提前预知的。因为不存在能够超越光速的任何信息传递手段，所以没有人能够预测宇宙射线将来自何方、强度多大、什么类型。人类也不可能发射什么超光速运行的探测器，跑到远方先去截获射线，然后再回过头来向地球发出超光速报警信号，通知人类，早作准备。这是完全不可能的。

所以，种子们在微重力、弱地磁的太空中作绕地运行时，一方面一定会受到宇宙高能射线的照射，另一方面却无法预知会遭遇什么、发生什么。

▲ 微重力影响

▲ 微重力影响

不过，虽然变异后的种子所占比例不大，甚至少得可怜，但并不代表价值意义不大。这就好比一座金矿，哪怕是世界上最具开采价值的金矿，从成吨成吨的矿石中能够提炼出几克、最多十几克黄金来，就算很不错了。总不能因为金矿里面“石头太多、金子极少”，就说它不是个金矿吧！

责任编辑：夏丹

感谢中国航天科技集团公司航天育种研究中心和“我国航天育种未来发展战略研究”课题组为本专题提供素材。