被带上空间站的拟南芥是何方神圣？为什么把它带入太空？
发布时间：2022-12-08 12:00:55 所属栏目：业界 来源：网络
导读： 如果你经常关注我国载人航天的相关消息，很可能听说过拟南芥这种植物，因为在每次太空任务携带的科研材料里，都有它的身影。
比如11月29日跟随神舟十五号飞船奔赴太空的拟南
比如11月29日跟随神舟十五号飞船奔赴太空的拟南
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如果你经常关注我国载人航天的相关消息，很可能听说过拟南芥这种植物，因为在每次太空任务携带的科研材料里，都有它的身影。 比如11月29日跟随神舟十五号飞船奔赴太空的拟南芥，被航天员安装在问天实验舱生命生态实验柜的通用生物培养箱之后，没多久就长出了嫩芽。 在早些时候，神舟十四号航天员在10月12号的“天宫课堂”中，介绍了植物在太空环境下的生长状况，其中就包括水稻和拟南芥。 而在更早的时候，2016年我国发射的“天宫二号”空间实验室开展的高等植物培养试验，航天员在太空主要种植的植物还是水稻和拟南芥。 那么拟南芥究竟是何方神圣？为什么进行太空实验时都会带上它？我们一起来了解一下这种神奇的植物。 1、拟南芥是究竟是何方神圣？ 拟南芥又名鼠耳芥、阿拉伯芥、阿拉伯草，属于十字花科下的植物，全球除少量地区外均广泛分布。 它最大的特点就是只有10条染色体，而且每条染色体都非常短小，每个染色体上携带的信息非常少。 我们生活中常见的植物染色体数量都要比拟南芥的染色体数量多，比如胡萝卜的染色体数量是20条，白菜的染色体数量是20条，而韭菜的染色体数量有32条之多。 拟南芥的染色体数量虽然少，但它依然能发芽，能开花，也能正常地结出种子，从一株植物的角度来看，拟南芥似乎什么都不缺。 不仅如此，拟南芥还是一种严格自花授粉的植物，它们身上的特征，全部都是基因突变不断积累的结果。由于不需要与其他植株交换基因，亲代的遗传特征可以分毫不差地遗传给子代。 也就是说拟南芥很可能是染色体数量最少的植物之一，这种特性有什么意义呢？ 这意味着拟南芥很可能拥有一个所有植物都必须拥有的最小的基因集合，在拟南芥身上观察到的实验现象，大概率也能在其他植物身上观察到。 那么拟南芥可以用作一种模式生物，相当于植物界的“小白鼠”，专门用来进行各种植物类实验，它就是为科学研究而创造的物种。 相信大家对果蝇并不陌生，这是昆虫界专门用来做实验的动物，而拟南芥也可以代表所有被子植物进行植物学实验，这就是为什么拟南芥会被带到太空进行植物学实验的原因。 当然了，拟南芥作为模式生物，它具备了其他模式生物几乎所有的特点，我们拿果蝇来对比一下： 首先，果蝇是一种典型的昆虫，可以用它代表其他昆虫进行实验。而拟南芥也可以代表所有的被子植物进行植物学实验。 其次，果蝇很常见，在烂水果堆里就可以很轻易找到。找到拟南芥更容易，你可以在各种地方找到它们，而且，拟南芥不会像果蝇一样乱飞。 果蝇繁殖很快，10天左右，果蝇就能繁殖一代。拟南芥也一样，它们不到两个月就能结出种子，很少有其他植物可以做到这一点。 果蝇的繁殖能力特别强，一只雌性果蝇一次就可以产下400枚卵。而拟南芥也可以产生成千上万粒的种子。最重要的是，自花授粉的特性，让拟南芥所有的种子都会表达出相同的性状。 类似果蝇这种生物，被称为模式生物。正是由于它们的存在，生物学实验变得更加简单而且容易重现，它们帮助人类揭示了生命最普遍的一些规律。 每一类生命，都有自己的模式生物，除了代表昆虫的果蝇，还有代表哺乳动物的小鼠，代表鱼类的斑马鱼，代表细菌的大肠杆菌，代表真菌的啤酒酵母，代表病毒的噬菌体。 而拟南芥，就是代表植物的模式生物，可以进行各种植物科学的研究，尤其是遗传学和植物发育方面的研究，它是专门为科研而生的植物。 2、我国航天员为什么要带拟南芥上空间站？ 随着神舟十四号航天员返回地球，我国空间站全面建设阶段的任务就全部结束了，而从神舟十五号开始，我国空间站正式转为正式运营阶段。 我国建造空间站的主要目的就是进行科研，目前空间站的科研设施主要包括密封舱内的14个科学实验柜、舱外暴露实验平台以及共轨飞行的巡天望远镜，支持在轨滚动实施空间天文、空间生命科学与生物技术、微重力基础物理等科学研究。 拟南芥通常会被安装在问天实验舱的生命生态实验柜里，那么为什么是拟南芥而不是其他植物呢？ 其实问题的答案在上文中已经说的很清楚，因为拟南芥是植物界的模式生物。 首先，拟南芥可以在短时间内发芽、生长、开花、结果，生长周期比较短，这对于缩短实验时间的意义十分重要，要知道空间站的实验资源是十分宝贵的，能在更短的时间里完成实验，可以提高实验效率。 其次，拟南芥的染色体数量较少，只有10条，那么相对应的基因数量也比较少，只有25000多个基因。而其他植物的基因数量太过庞大，比如豌豆有4万多个基因，玉米有3万多个基因，远没有拟南芥研究起来更省时省力。 再者，拟南芥自花授粉的特点决定了它身上所有的特点全部来自基因变异，那么在空间站种植的拟南芥发生变异的话，所有的变异特征都会被保留下来，而我们在空间站种植拟南芥的目的，就是研究遗传学以及育种学等生物科学。 所以说，把模式生物带上空间站进行生物实验，所得出的结论在其他植物身上同样有重要意义，就像在小白鼠身上进行动物实验一样，拟南芥是专门用来做植物实验的生物。 3、关于拟南芥的故事 拟南芥的发现经历了十分漫长和曲折的过程，它在很长一段时间里都无法引起科学家们的关注，这可能是因为这种植物太过普通，普通到人们往往会忽略它的存在。 拟南芥最早被记录的时间是1577年，德国医生兼博物学家约翰内斯·塔尔在德国北部的哈茨山地区野外考察时，发现并记录了这个物种。不过也仅仅是记录了一下而已，它看起来跟野草差不多，完全引不起植物学家的兴趣。 在后来的170多年时间里，人类与拟南芥都没有产生什么交集。直到1753年，本着一个都不能少的分类学精神，植物学家才将拟南芥重新记录并进行了简单的分类，而且拟南芥还归错了类别，被归为南芥属。 从拟南芥的名字就能猜得出来，拟南芥并不是南芥，开头的“拟”字代表了模拟，说明它与南芥属的植物只是外表长得有点像而已，但它们之间有很多结构都存在比较明显的差异。不过当时的植物学家并不关心这些，因为拟南芥太普通了。 就这样，拟南芥在一个错误的分类中又度过了150年，直到遇到年轻的植物学家弗里德里希·莱巴赫，拟南芥才被人类真正的发现，并归入了专门为拟南芥新建的拟南芥属。 1906年，就读于德国波恩大学的植物学博士弗里德里希·莱巴赫年仅21岁，他在观察并记录植物染色体数量的过程中，发现了拟南芥的特殊之处，也就是我们上文中提到的，拟南芥的染色体数量只有10条，这让他感到惊讶。 从此莱巴赫便深深地被拟南芥吸引，他开始专注于这种植物的研究，收集了大量的拟南芥种子，在温室中培育研究，并发表了相关的论文和著作。然而直到1967年，拟南芥也没有能得到植物学界的足够重视，82岁的莱巴赫带着一生的遗憾去世了。 不过，莱巴赫的努力并没有白费，他的研究被美国遗传学家霍马可重视并应用，霍马可用拟南芥完成了一项重要的转基因实验，一下子就帮拟南芥吸引到了大量的关注，也直接改变了拟南芥的命运，这就是浸花法转基因技术。 这项重要的实验，一下子让拟南芥名声大噪，科学家们在重复这项实验的过程中，也深切体会到了拟南芥的优势。在很短的时间内，拟南芥毫无争议地成为了植物学最佳的模式生物。拟南芥这种普通的杂草，也终于实现了生命的逆袭。 2000年，拟南芥成为植物界第一个进行了完整基因组测序的植物。仅仅是2020年一年，全球就发表了32000篇以拟南芥为研究对象的论文。虽然拟南芥的作用曾被大大低估，真正与人类合作的时间也不算很久，但它的加入，确实把人类的植物学研究带上了快车道。 莱巴赫20平方米的小温室里种植的几万株拟南芥，后来成了创建全球拟南芥种子库（AIS）的基础，在此基础上，还发展出了全球拟南芥生物资源中心（ABRC）。 现在，全世界的科学家，都可以向这个种质资源库申请拟南芥的种子。拟南芥所有的基因序列和遗传信息，也都可以在ABRC的网站上查询到。 正是由于拟南芥的存在，让人类掌握了一个驯化和培育植物的利器。拟南芥这株不起眼的小草，就像是一位穿梭于人类世界和植物世界的大使，让人类与植物之间的关系更为紧密与和谐。 （编辑：PHP编程网 - 襄阳站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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