根据有关计划,美国将在10年以内登陆火星。在这个伟大的旅程中,植物大概是不可或缺的,它们不但可以向宇航员提供食物、氧气,也会为漫长旅行中的宇航员带去一点绿意。
在火星上,植物的生存环境恐怕要比在地球上严峻得多,严寒、干旱、低气压以及恶劣的土壤条件都可能对植物的生长造成影响。最近,美国北卡罗莱纳州立大学植物生理学家博斯(Wendy Boss)和微生物学者格鲁顿(Amy Grunden)开始了一项新的研究计划。他们相信,这项研究可以培育出一些能够适应火星条件的植物品种。美国宇航局为他们的研究提供了资助。
如何克服火星的恶劣环境条件是这项研究的重点。为了给植物引入更好的,能够适应恶劣条件的生理机制,学者们想到了地球上一种可以适应类似火星条件的生物--火球菌(Pyrococcus furiosus),这是一种生活在大洋底部的细菌,但会不断随着洋流被带到水温较低的上层海水。它可以在100℃以上的海水中生存。他们希望能够把这种细菌中的一些与适应恶劣环境有关的基因转入到植物中去,从而获得能够适应火星环境条件的品种。
植物在恶劣条件下,一般会在体内形成超氧化物,这类化合物对植物的有致命的毒性,达到一定浓度后,就会造成植物的死亡。这是植物在恶劣条件下难以生存的直接原因之一。一般植物体内都有分解超氧化物的生化机制,但研究人员认为火球菌体内的分解机制可能更为有效。
目前,研究人员已经将火球菌的基因转入了试验植物拟南芥(ar abidopsis)体内。博斯说,他们已经有了第一代幼苗,将用这些幼苗培养第二代和第三代幼苗。在一年半到两年时间内,希望能够获得拥有两组火球菌基因的植株。这样,就可以获知这些基因是否能够产生有功用的酶,它们是否能够帮助植物在恶劣的条件下生存,或者会以其他的方式受到伤害。
研究人员最终希望,能够从不同的微生物中获取具有不同功用的基因,并转入植株中,使所培育的品种能够同时具有抗干旱、低温、低气压等多种不良环境条件的能力。
当然,最终的目标并非只是培育出能够适应火星条件的植物品种,而是要靠这些植物帮助人类在火星上的生存,如生产粮食,处理废水等。当然,在火星上种植这些植物需要建造专门的温室,种植这些在恶劣条件下仍然充满活力的植物。
格鲁顿说,在恶劣条件下,植物通常会停止生长和繁殖,而仅仅保持存活的状态。他们希望通过转基因,能够改变植物的这种特性。当然,给植物转入外源基因,对植物来说也是个挑战,因为植物不知道该如何去调控这些基因。格鲁顿希望,能够关闭植物在恶劣条件下降低新陈代谢水平的机制。
如果博斯和格鲁顿的研究获得成功,那么受益的将不仅仅是前往火星的宇航员。很多贫困的第三世界国家也会从中受益。这些国家往往自然条件比较恶劣,如果种植了这些能够抵御极端恶劣条件的植物,那么他们的粮食产量就会有很大的改善,从而改善当地人们的生活。
两位学者表示,他们的研究项目将是长期的。除了正在进行的拟南芥,他们还考虑培育能够抗旱和抗寒的番茄。