□ 郭銳

種子在太空中的奇妙變化

□ 郭銳

航天育種就是用返回式航天器或高空氣球搭載植物的種子去外太空玩耍一圈。那么，一顆種子到太空旅行后會(huì)發(fā)生怎樣奇妙的變化？兩個(gè)字：變異！準(zhǔn)確的說是種子的DNA排序發(fā)生各種不可控的變化。那么，種子在太空中為什么會(huì)發(fā)生變異呢？

“暈菜”的種子和被步槍打中的“哥斯拉”

一方面，太空種子所處的環(huán)境，總體上導(dǎo)致種子遠(yuǎn)離了曾經(jīng)一代代適應(yīng)了億萬年的地球表面，其內(nèi)部的各種組成，都開始有點(diǎn)“暈菜”了。

最明顯的是，原本按地球表面重力、磁場(chǎng)等的強(qiáng)度和方向來維持平時(shí)自我狀態(tài)及相互關(guān)系的某類細(xì)胞、某個(gè)基因甚至某群分子，以及其內(nèi)部某股生物指令信息的產(chǎn)生、傳遞、作用等，現(xiàn)在都“亂”了，自我狀態(tài)、相互關(guān)系等狀態(tài)一定會(huì)變，而且變了以后就很難再調(diào)整回來，一定會(huì)影響到將來發(fā)芽時(shí)的生長。再考慮到宇宙空間還同時(shí)具有真空程度極高、溫度相對(duì)很低、周圍又極其潔凈等因素，也都是地球表面不可能同時(shí)具備的，也會(huì)對(duì)植物種子內(nèi)部各組成單元的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生較大影響。

另一方面，也是更重要、更明顯、更關(guān)鍵的方面，就是密集而強(qiáng)大、帶電而高能的宇宙射線，對(duì)種子內(nèi)部各組成單元的強(qiáng)烈轟擊。

與組成種子細(xì)胞的染色體、DNA、基因、蛋白質(zhì)等各種單元相比，宇宙射線如質(zhì)子束、中子束、α粒子束、電子束、γ射線、超高能中微子束等，都是“次原子級(jí)別”的。在宇宙射線面前，種子內(nèi)部的那些細(xì)胞，簡直就是一個(gè)個(gè)龐然大物。如果把某種宇宙射線流的某個(gè)粒子比做一顆步槍子彈，那么種子細(xì)胞體積，就比地球上曾經(jīng)出現(xiàn)過的最大的恐龍還要大很多很多倍，甚至比美國怪獸電影《哥斯拉》中的變異怪獸哥斯拉還要大很多倍。而種子本身，簡直就像是一座喜馬拉雅山。

正如《哥斯拉》電影所描繪的那樣，人類面對(duì)比摩天大樓還要高大的哥斯拉，使用步槍打擊時(shí)，步槍子彈肯定不會(huì)將哥斯拉“一擊斃命”，哥斯拉甚至在被自動(dòng)步槍發(fā)射的一連串子彈全部擊中時(shí)毫無反應(yīng)。但沒被打死，不代表哥斯拉的身體內(nèi)部沒有受傷。單個(gè)步槍子彈對(duì)哥斯拉的身體整體沒有什么威脅力，但一定會(huì)傷到其內(nèi)部的某根血管、某條神經(jīng)、某個(gè)關(guān)鍵。也正是因?yàn)槿绱耍缢估膭?dòng)作才越來越遲緩，最終被人類用成群的導(dǎo)彈干掉。

這個(gè)例子，可以用來輔助想象宇宙射線粒子流擊中種子的情況。只不過按比例參照的話，種子的體積比哥斯拉還要大，宇宙射線粒子的體積則比步槍子彈還要小，而且速度還更快，快到了不能再快的光速，能量還更高。如果把某個(gè)射線粒子按比例放大到子彈那么大，則子彈在它面前，論速度只是一個(gè)上千年才爬出不足一米的蝸牛，論能量只是一個(gè)老太太用的“癢癢撓兒”。步槍子彈無法擊穿哥斯拉的身體，可能連一條腿都不能擊穿；而宇宙射線卻可以輕而易舉、簡直就是沒有感覺地穿透任何一粒種子。

但是，就在穿透種子的過程中，宇宙射線流粒子卻命中了某個(gè)或某些染色體、基因片段、蛋白質(zhì)等細(xì)胞內(nèi)部構(gòu)成單元。這些單元，都是“分子級(jí)別”或“次原子級(jí)別”的。當(dāng)這些單元被射線粒子流擊中時(shí)，就相當(dāng)于一個(gè)剛剛出殼、尚未長大、殼甲未硬的“小哥斯拉”被步槍子彈擊中了。按這樣的比例，種子細(xì)胞相關(guān)單元不但會(huì)立即被射線粒子擊穿，而且一定會(huì)“受傷”。結(jié)果，從整體上看，種子各細(xì)胞都依然是完整的，種子本身外表上也看不出來有什么變化，但其各細(xì)胞之內(nèi)的構(gòu)成單元本身，或者說單元之間的相互關(guān)系被改變了。

▲ 植物自然變異

尤其是DNA。不論是動(dòng)物還是植物的DNA，都具有將生命個(gè)體全部特征遺傳給后代的“天賦使命”，所以它的存在就是為了復(fù)制自己、復(fù)制生命。為了完成這個(gè)大自然賦予的使命任務(wù)，它還具備受傷之后馬上就要自我修復(fù)的特殊能力。但當(dāng)它被宇宙射線擊中之后，身上的某個(gè)或某幾個(gè)基因片段可能移位了、轉(zhuǎn)向了、脫落了；重組修復(fù)過程中，并不能完全按照受傷前的固定模樣來恢復(fù)。于是，這個(gè)變化，就這么保持下來了。當(dāng)新的基因組合完成之后，這個(gè)DNA，在主要表現(xiàn)上與原來的沒有什么大的改變，但一定會(huì)在某些局部特征上，或者說今后對(duì)細(xì)胞工作發(fā)布的各種指令上，出現(xiàn)重大的改變。這種改變，就是基因變異。

不可預(yù)知的改變

上面所說的就是植物種子在太空中將會(huì)遭遇什么情況，同時(shí)又可能會(huì)發(fā)生的變化?，F(xiàn)在，估計(jì)有人就要問了：既然太空環(huán)境如此獨(dú)特，那是不是任意抓一把種子，放到返回式衛(wèi)星或載人航天器上，到太空中轉(zhuǎn)一圈，回來后種到地里，馬上就能獲得全新的優(yōu)質(zhì)品種了呢？

不是的，事情并沒有那么簡單。當(dāng)種子們被送入太空、暴露到宇宙射線流中時(shí)，并不是每一粒種子的基因，都會(huì)朝著人類希望的方向發(fā)生變異，甚至也不是每一粒都會(huì)發(fā)生變異。這是因?yàn)?，雖然宇宙射線在太空中無處不在、無時(shí)不有，但種子在太空中停留的時(shí)間是有限的，也不是360度轉(zhuǎn)遍地球上空的每個(gè)位置，所以并不能保證剛好有一股足夠強(qiáng)大的射線流穿過它。

根據(jù)多次試驗(yàn)的累計(jì)統(tǒng)計(jì)，送入太空停留數(shù)天的種子，平均只有0.05%～0.5%會(huì)發(fā)生可以觀測(cè)到的基因突變。就是說，1000粒同樣的種子里面，只有多則5粒、少則半粒，會(huì)發(fā)生變異。當(dāng)然，就是這么一個(gè)看似很低的概率，就已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過只有二十萬分之一的“自然變異”的水平了。而在這些寥寥無幾的變異種子中，朝著抗倒伏、抗疾病、抗蟲害和早成熟、高產(chǎn)量、多開花等好的方向轉(zhuǎn)化的，依然只是少數(shù)。更多的，則是某些重要基因被宇宙高能射線破壞掉，反倒更容易生病了，使得產(chǎn)量變少了。

這是因?yàn)?，無論是微重力、弱地磁也好，強(qiáng)大的宇宙射線也好，還是它們對(duì)種子細(xì)胞的綜合影響也好，都不是人類所能主導(dǎo)的。人類的科學(xué)技術(shù)雖然已經(jīng)足夠發(fā)達(dá)，但還沒有達(dá)到能夠預(yù)測(cè)宇宙射線強(qiáng)度、種類，并加以控制和指揮的程度。宇宙射線是以光速前進(jìn)的，在它擊中某個(gè)目標(biāo)之前，這個(gè)目標(biāo)是用任何手段都無法提前預(yù)知的。因?yàn)椴淮嬖谀軌虺焦馑俚娜魏涡畔鬟f手段，所以沒有人能夠預(yù)測(cè)宇宙射線將來自何方、強(qiáng)度多大、什么類型。人類也不可能發(fā)射什么超光速運(yùn)行的探測(cè)器，跑到遠(yuǎn)方先去截獲射線，然后再回過頭來向地球發(fā)出超光速報(bào)警信號(hào)，通知人類，早作準(zhǔn)備。這是完全不可能的。

所以，種子們?cè)谖⒅亓?、弱地磁的太空中作繞地運(yùn)行時(shí)，一方面一定會(huì)受到宇宙高能射線的照射，另一方面卻無法預(yù)知會(huì)遭遇什么、發(fā)生什么。

▲ 微重力影響

▲ 微重力影響

不過，雖然變異后的種子所占比例不大，甚至少得可憐，但并不代表價(jià)值意義不大。這就好比一座金礦，哪怕是世界上最具開采價(jià)值的金礦，從成噸成噸的礦石中能夠提煉出幾克、最多十幾克黃金來，就算很不錯(cuò)了?？偛荒芤?yàn)榻鸬V里面“石頭太多、金子極少”，就說它不是個(gè)金礦吧！

責(zé)任編輯：夏丹

感謝中國航天科技集團(tuán)公司航天育種研究中心和“我國航天育種未來發(fā)展戰(zhàn)略研究”課題組為本專題提供素材。