作者:吴晶晶 荣启涵 来源:新华社 发布时间:2016/4/17 10:17:46
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液体·家蚕·干细胞:“实践十号”上的三堂太空实验课

 

新华社北京4月16日电 题:液体·家蚕·干细胞——看“实践十号”卫星上的三堂太空实验课

新华社记者 吴晶晶 荣启涵

4月6日凌晨,搭载着19位“特殊乘客”的“实践十号”返回式科学实验卫星开始了为期15天的太空之旅。现在,旅程已过大半,这些“特殊乘客”在太空还适应吗?它们的实验任务进行得怎么样?这些实验到底有什么用?……

我们从“实践十号”给你带来了三堂太空实验课。

【第一堂课:太空中如何让液体“听指挥”?】

我们知道,在地球上由于重力作用,水往低处流,随形而变。而在太空中,由于重力消失,水会以球体状态悬浮在空中,在容器里的液体会顺着容器壁往上爬。

未来我国要建设空间站,宇航员在太空长期生活,要喝水、洗衣服,但水在太空中“不听话”怎么办?这就涉及空间流体管理,而“实践十号”上的“热毛细对流实验”对流体管理问题的探索就是要尝试解决这个问题。

什么是热毛细对流?“实践十号”载荷主任设计师、中科院力学所研究员段俐介绍说,在地球上由于重力作用,浮力对流是自然对流的主要形式,而在太空中,由表面张力驱动的热毛细对流是自然对流的主要形式。其实在我们生活中热毛细对流也很常见,比如粥在冷却后表面形成的涡胞结构就是它引起的。

段俐说,空间流体管理除了宇航员的生活需要,还有太空中飞行器需要液体燃料进行驱动实现变轨、调姿、对接等,液体燃料贮箱如何设计才能保证液体燃料推进,就需要对热毛细对流进行研究。

研究热毛细对流还有重要的实际应用价值,例如晶体优质生长。受到浮力对流等影响,晶体在地面上生长会产生缺陷,那么太空中能否长出完美晶体?

“国内外已开展了多次空间晶体生长实验,虽然基本克服了浮力对流等不利影响,但生成的晶体质量仍然不那么尽如人意,其原因就在于太空热毛细对流的不稳定性。”段俐说,“这就需要开展实验研究,对空间和地面的晶体生长进行优化设计。”

据介绍,这项实验是在一个环形液池中进行,液池中盛放硅油,通过不同的温度梯度来产生热毛细对流。原计划共进行15次实验,实验条件都不一样,有的是加温方式不一样,有的是液体体积比不一样,其中13次在返回前进行,其余在留轨舱进行。

从红外热像仪拍摄的画面看,环形液池中的液体像花瓣一样,不断发展变幻。“这说明热毛细对流表面波在不断变化。”段俐说。

“从目前已经完成的实验看,实验结果非常漂亮,原定目标已经全部实现,在国际上首次取得了热毛细对流体积效应的实验结果。”段俐说,与地面实验相比,我们观察到很多不同,比如说液体表面波不一样,温度振荡现象也比地面规律得多,但其机理还需要全部实验完成后进行分析研究。

【第二堂课:蚕宝宝去了太空,还能长成家蚕吗?】

还记得小时候放在桑叶上养的“白胖子”吗?现在,“实践十号”把家蚕胚胎带上了太空,通过实验看看在微重力、失重情况下,家蚕的生长会发生哪些变化?

据中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所黄勇平介绍,家蚕是真核生物,胚胎期都在卵壳里发育,对生长环境要求相对稳定,且胚胎期12天刚好适合“实践十号”返回式卫星的设计时间。

“已有研究表明空间环境能够诱变家蚕。但是,诱变过程中哪些基因发生了变化?”黄勇平说,这次由返回式卫星带上天的家蚕胚胎培养箱里,有12盒家蚕胚胎样品,在空间连续培养12天,温度控制系统每两天会将2个试管温度降到不再生长的5摄氏度,将家蚕胚胎的生长状况分阶段固定下来,等卫星返回地面后研究不同生长时期里基因表达的差异,例如是否会在某一阶段基因发生突变等。

“胚胎阶段的基因变化,对以后家蚕的生长发育很重要。”在解释实验意义时黄勇平说,经过亿万年的进化,自然界生物有一些很“机智的做法”。在家蚕胚胎生长阶段,会把以后成长为“幼虫”、“蛹”、“成虫”等阶段的基因都表达一遍,这是一个预先筛选检测过程,如果发现有缺陷后发育就会当即停止。

因此,经历过太空空间培养的家蚕,胚胎期基因表达与突变检测有着很重要的意义。等返回地球,这些经过太空之旅的胚胎样品是否还能长成家蚕?实验结果令人期待。

【第三堂课:“上过天”的神经干细胞能量会变大吗?】

施工时高空坠落、遭遇突发车祸……日常生活中一旦发生这些意外,如果损伤了中枢神经,康复几率十分渺茫。在“实践十号”返回式科学卫星上,搭载着这样一个实验装置,正在为未来更好的修复神经损伤而做着基础研究。

神经干细胞被看作神经系统的“种子”细胞,是一类具有分化和自我更新能力的母细胞。如果人们神经系统出现损伤,神经干细胞可以变成神经元或是胶质细胞来修补损伤。

那么进入太空之后,在微重力环境下,神经干细胞的增殖和分化有没有变化?

微重力环境是一种特殊的实验环境。中国科学院遗传与发育生物学研究所再生医学研究中心副研究员韩津介绍,他们希望能在“太空微重力”的环境下,发现促进神经干细胞高效定向分化的机制,为地面研究提供更多的信息,诱导神经干细胞分化成为更多可用于治疗疾病的神经元,使其更好地为人们所用。

“目前这些细胞在太空的生长情况良好,等回收后我们会分析蛋白质表达、基因表达情况。”中国科学院遗传与发育生物学研究所再生医学研究中心主任戴建武研究员说,未来,希望神经干细胞能够更多的变成我们需要的神经元,以修补神经系统的损伤。(原标题:液体·家蚕·干细胞——看“实践十号”卫星上的三堂太空实验课)

 
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