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浩瀚太空,奥秘无穷。人类和地球动植物遨游太空,太空也用它特有的“武器”——微重力、辐射、磁场、新的昼夜节律等,为到访者悄然打上了临时或永久的烙印!烙印让我们暂时骨质疏松,抑或齑患肿瘤,使我们的太空之旅不再快乐轻松!太空还会使植物后代改变样子,使微生物改变活力。这些问题给空间生物学研究提供了紧迫的研究任务。
已知的研究结果表明,太空可以使生物遗传物质DNA分子断裂,可以使骨骼钙质流失,使细胞分裂生长行为改变,使蛋白质分子机器改变组装,使动物生长生育偏离正常程序。由于空间的以上影响因素是共同作用于科学研究对象,很难把它们的作用机制严格解耦。这些方面的研究,中国已基本与国际同步,而中国即将建成的天宫实验室,将使中国科学家有机会赶超国际水平。
但是,太空太远了,“班车”太少,“车票”也过于昂贵!不容许科学家们将地面上的各种先进科研设备全部搬到太空实验室去实地开展更加系统和深入严格的研究。有的科学家等待空间实验机会等到“生命之花”也谢了!为此,科学家们努力在地面“制造”或“模拟”太空的微重力环境,甚至不得已模拟“微重力”效应。
落塔、落管、探空火箭、失重飞机抛物线飞行可以制造秒级的微重力条件,用于生物学研究过于短暂。回转类仪器模拟的是微重力效应,生物样品受力状态完全不同于真实的微重力环境,比较适合于植物研究。而物理场模拟微重力(严格地说是改变了生物样品的正常受力状态)手段介于二者之间,其良好的可调节性、参数之间的可解耦性及其作用的温和程度,使其不失为研究生物个体、组织细胞、生物分子的有效手段。
《科技导报》2013年第20期第67—73页发表了仓怀兴等“空间生物学研究的地面模拟技术进展”一文,报道了国际和国内在地面实验室模拟微重力环境的各种技术及其特点,并针对未来耦合因素研究的发展趋势提出了采用三维全息光阱捕获(光镊)技术的建议。
本期封面图片为采用三维全息光镊创作的“作品”——酵母菌卡通飞天,其中的每颗酵母菌均被一只小“光镊”固定悬浮在溶液中,相互之间保持相对位置不变。该项技术结合单离子定点辐照技术,将为定量研究具有感受重力临界尺度的单个细胞或细菌的微重力科学规律、单离子定点辐射损伤修复规律,以及微重力与辐射因素的耦合规律,提供国际上最先进的技术手段。封面图片由中国科学院西安光学精密机械研究所提供。本期封面由王静毅设计。
(责任编辑 吴晓丽)
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