為什么上過太空的種子會結(jié)出比較大的果實(shí)?:一提到太空果實(shí),很多人第一個反應(yīng)就是“特別大”,無論是太空青椒還是太空南瓜,但凡是太空品種,果實(shí)都比普通品種
一提到太空果實(shí),很多人第一個反應(yīng)就是“特別大”,無論是太空青椒還是太空南瓜,但凡是太空品種,果實(shí)都比普通品種要大。
一般來說,物種的演化以百萬年,甚至千萬年為單位, 這是因為地球環(huán)境雖然會發(fā)生變化,但變化的比較溫和,物種在適應(yīng)環(huán)境時,也發(fā)生溫和的演化。
但物種在演化時,其實(shí)是沒有方向的,比如:南瓜,在演化的過程中可能會演化出有毒的南瓜,酸南瓜,小型南瓜,巨大型南瓜等等。但不是所有的物種都可能適應(yīng)環(huán)境,可能有毒的南瓜毒素太強(qiáng),把自己毒死了,因此這個物種就不會在演化中被保存下來,這個過程就是自然選擇,也叫做定向淘汰。
生物的演化一定是遵循著:自由演化——自然選擇(定向選擇),最后能適應(yīng)環(huán)境的物種,就是我們現(xiàn)在見過的物種。
而太空果實(shí)之所以會如此巨大,其實(shí)和“自由演化——定向選擇”有關(guān)。
太空果實(shí)之所以“上天”后再返回地球,能夠演化出巨大的果實(shí),其實(shí)和太空環(huán)境有關(guān)。我們知道,太空環(huán)境由于缺乏臭氧層,所以太陽中的紫外線以及宇宙射線可以直接照射到火箭表面,而紫外線以及宇宙射線是高能粒子,具有高輻射,它可以破壞DNA中的堿基對排列序列,讓生物體內(nèi)的遺傳物質(zhì)發(fā)生改變和變異,因此物種變異的速度大大加快,以前需要百萬年,甚至千萬年才能變異的種子,現(xiàn)在只需要幾天就會變異。
之所以宇航員執(zhí)行太空任務(wù)后,DNA不會變異的原因是宇航員穿著厚厚的宇航服,宇航服可以隔絕太空中的高能射線以及紫外線。
我們知道,高能粒子在破壞物種的遺傳信息時,并不會單獨(dú)針對某個基因進(jìn)行改造,而是隨機(jī)對生物的DNA片段產(chǎn)生破壞,因此,上過太空的種子結(jié)出的果實(shí)并不都是巨大的,而是有各種程度不一的變化,比如:酸的,苦的,有毒的,不帶甜味的,不長葉子的,葉子變成黃色的......
這些就是生物的自由演化,而科學(xué)家們會從這些演化中,挑選適宜人類食用的果實(shí),比如:甜的,大的。
再用這些果實(shí)的后代,繼續(xù)培養(yǎng)下一代,直到這個性狀穩(wěn)定下來。這個過程就是定向選擇。
其實(shí),科學(xué)家在定向選擇物種時,還會用到孟德爾的遺傳規(guī)律。
遺傳學(xué)之父孟德爾在論文《植物雜交實(shí)驗》中,解開了生物遺傳的規(guī)律。
孟德爾選取了兩種豌豆作為參照實(shí)驗,一組是開紫花的豌豆,一組是開白花的豌豆,由于豌豆是閉花授粉,也就是說豌豆在花朵還未開放時,就已經(jīng)完成了自我授粉,因此自然環(huán)境下,豌豆都是純種,不存在雜交情況。
孟德爾用開紫花的豌豆和開白花的豌豆雜交,最后只得到了一種豌豆,既紫花豌豆。
孟德爾繼續(xù)用雜交出的紫花豌豆播種,這一次,孟德爾得到了兩種豌豆,既紫花與白花豌豆,但紫花的數(shù)量是白花數(shù)量的3倍。
后來,孟德爾用了7組不同性狀的豌豆繼續(xù)完善實(shí)驗數(shù)據(jù),結(jié)果每一次性狀的區(qū)別都是3:1,孟德爾由此解開了生物的遺傳規(guī)律 。
他認(rèn)為,在生物的細(xì)胞內(nèi),遺傳因子是成對出現(xiàn)的,而這對遺傳因子中有一個是顯性因子,有一個是隱形因子,當(dāng)顯性因子和隱形因子結(jié)合時,由顯性因子控制物體的性狀。
我們知道,雖然有些太空種子結(jié)出的果實(shí)較大,但它可能較酸,而有些太空種子雖然結(jié)出的果實(shí)較小,但它會比較甜。
因此育種專家們會讓它們進(jìn)行雜交,雜交得出又甜又大的果實(shí)后,科學(xué)家們還會利用孟德爾遺傳規(guī)律讓他們自交或者回交,以便得出人類想要的果實(shí),比如又大又甜的太空果實(shí)。
據(jù)育種專家介紹,并不是所有上過太空的種子,都能結(jié)出符合人類要求的果實(shí),它還需要在地球表面進(jìn)行日復(fù)一日的育種培養(yǎng),才可以得到。
最后得到的太空果實(shí)大小也五花八門,比如有適合做面點(diǎn)的高筋面粉,以及適合做蛋糕的低筋面粉,這些小麥的種子都不巨大,而是和平常的麥穗差不多大小。
之所以在我們觀念里,太空果實(shí)都非常巨大是因為,媒體在報道時,喜歡用一些夸張的、不常見的物種做素材,比如:比起不起眼的麥子,那些擁有巨大體型南瓜更容易吸引眼球。
在媒體的“片面”報道下,我們才認(rèn)為上過太空的果實(shí)都非常巨大。
為什么上過太空的種子會結(jié)出比較大的果實(shí)?
上世紀(jì)九十年代出現(xiàn)了一個叫做太空椒的青椒品種,特征是植株增高增粗明顯,果形增大,增產(chǎn)明顯,病蟲害的抵抗能力有部分增加,作為太空椒的種植農(nóng)戶,對于這樣的結(jié)果肯定是喜聞樂見的,而太空椒的名字也非常響亮,使得在農(nóng)村田間,到處都能看到太空椒的身影。
但其實(shí)了解育種的朋友都知道,太空椒不過是名頭而已,而隱藏在背后的辛酸也只有育種工程師才會知道,因為雖然名叫太空椒,卻不是青椒種子上過太空就會變得高產(chǎn)!
太空育種也稱空間誘變育種,具體操作并不復(fù)雜,方法是將農(nóng)作物中子或者試管種苗通過探空火箭或者衛(wèi)星送到太空,暴露在太陽和宇宙射線的輻射之下,使中子基因發(fā)生誘變,然后再返回地球?qū)⑵浒l(fā)芽或者繼續(xù)種植,確認(rèn)其長勢與結(jié)果等狀況,選擇優(yōu)秀的進(jìn)入育種環(huán)節(jié)!
但事實(shí)上這個誘變是無法控制的,在高能輻射的照射下產(chǎn)生的影響是隨機(jī)的,比如有的誘變并不會高產(chǎn),反而會影響生長發(fā)育!而有的根本就不明顯,只有極少數(shù)種子會朝著我們想要的方向發(fā)展,而育種則并不是一代優(yōu)良就可以作為種子,需要將這優(yōu)勢保留下來,這需要育種工程師大量的工作。
因此說太空育種并不是一件容易的事,而隨著現(xiàn)代育種技術(shù)的發(fā)展,太空育種不再是我們首選的育種方式,反而會因為其他更高效技術(shù)的發(fā)展,僅僅是作為一個育種選項而已!
常見的育種方式有誘變育種、單倍體育種、雜交育種以及多倍體育種和轉(zhuǎn)基因育種等多種方式,不過無論是哪種方式,其必須是物種的基因發(fā)生改變,否則前后一致也就得到一顆一樣的種子而已,那么在在這些育種方式中哪個最優(yōu)秀呢?
太空育種其實(shí)是一種效率比較差誘變育種方式,后期需要大量的篩選才能培育出一個新的品種。我們看到那高大上的青椒不知道包含了工程師多少汗水!
現(xiàn)代育種方式中有一種精準(zhǔn)育種的技術(shù),但它和轉(zhuǎn)基因育種又有區(qū)別,這就是近年來快速發(fā)展的分子育種技術(shù),將優(yōu)秀物種的基因直接導(dǎo)入受體細(xì)胞中,精確控制新品種未來想要展現(xiàn)的形狀,比如抗倒伏,抗病蟲害以及高產(chǎn)與耐旱耐寒等等。
但前提是必須要精確標(biāo)記出展現(xiàn)這些形狀的可檢測的DNA序列或蛋白質(zhì)(分子標(biāo)記),這和轉(zhuǎn)基因也有比較明顯的區(qū)別,因為分子標(biāo)記僅僅涉及測序、檢測以及單核苷酸多態(tài)性,與轉(zhuǎn)基因有明顯的區(qū)別!
分子育種還可以克服遠(yuǎn)源雜交的不親和性,將兩者優(yōu)勢在一個品種上集中展現(xiàn),還有一個優(yōu)勢是分子育種是可以遺傳的,也就是說新品種的種子將獲得母本的優(yōu)勢,可以留種種植。
通過現(xiàn)代分子生物技術(shù)將一個或者多個基因添加到另一個生物基因組中,以達(dá)到改良生物性狀的技術(shù),分子育種非常優(yōu)秀,但它的水平基因轉(zhuǎn)移范圍非常有限,但轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以擴(kuò)大這個范圍,甚至在不同物種間達(dá)到優(yōu)秀基因轉(zhuǎn)移目的!
1983年世界上第一例轉(zhuǎn)基因植物-含有抗生素藥類抗體的煙草在美國成功培植。
1992年中國首先在大田生產(chǎn)上種植抗黃瓜花葉病毒轉(zhuǎn)基因煙草,成為世界上第一個商品化種植轉(zhuǎn)基因作物的國家
2012年,全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積達(dá)到約1.7億公頃。按照種植面積統(tǒng)計,全球約81%的大豆、35%的玉米、30%的油菜和81%的棉花是轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品。
轉(zhuǎn)基因育種示意圖
雜交育種的歷史是比較悠久的,動物的雜交與回交出現(xiàn)歷史更早,因為很直觀的就能看到配種過程,因此都會有意識的進(jìn)行雜交實(shí)驗!但植物的雜交與回交研究則是從孟德爾開始的,不過比較郁悶的是,1866年孟德爾的著作《植物的雜交實(shí)驗》發(fā)表后居然在三十年內(nèi)無人問津,知道二十世紀(jì)初有生物學(xué)家從事相同研究時才發(fā)現(xiàn)孟德爾在植物雜交實(shí)驗上的貢獻(xiàn)!
雜交育種方式大家都比較容易理解,畢竟雜交水稻我們已經(jīng)太熟悉了,而袁隆平在這方面的貢獻(xiàn)尤其突出。簡單的理解就是雜交后人工選優(yōu),再根據(jù)保留的性狀選擇保留還是進(jìn)一步自交再選優(yōu),但一般情況至少經(jīng)過數(shù)次雜交后才能獲得目標(biāo)品種!
還有一種情況是雜交后回交,其實(shí)也是雜交的一種,只不過就是回到第一次雜交的母本或者父本根據(jù)不同的需求再次雜交,而根據(jù)邏輯形式的不一樣,還需做統(tǒng)計優(yōu)選,這個工作量是非常大的!
最后有個問題要提醒下,雜交或者分子育種都支持留種,但第二代種子退化嚴(yán)重,因為在開花結(jié)果的過程中會加入原有品種的基因逐漸退化,代數(shù)越多退化越嚴(yán)重!而轉(zhuǎn)基因品種理論上可以操作種子不發(fā)芽,所謂的“斷子絕孫”技術(shù)是存在的,但卻只是讓植物本身的中子不發(fā)芽而已,與廣義斷子絕孫無關(guān),各位不要聯(lián)想了
太空育種的原理其實(shí)非常的簡單。
我們把種子帶上太空之后,讓它處于一種微重力、弱磁場、真空、高強(qiáng)宇宙射線的環(huán)境中。
我們知道,當(dāng)生物脫離開熟悉的生存環(huán)境時,在新環(huán)境的誘導(dǎo)下,就會發(fā)生神奇的基因突變,生物本身就是這樣產(chǎn)生和繁衍的。
基因組的DNA分子是十分穩(wěn)定的,每個細(xì)胞都能進(jìn)行精確的分裂,復(fù)刻另一個自己。但是在一些時候,如被X射線照射等時,DNA的片段便可能出現(xiàn)一些突然的變化,比如在一個位點(diǎn)上出現(xiàn)一個新基因,代替了原來的基因,那么這個突變個體就會表現(xiàn)出一個新的特征。
人們對太空蔬菜的印象就一個字:大!
太空茄子。
其實(shí),突變的太空種子會有很多的新特征,大只是比較直觀的一種而已。它也可能表現(xiàn)在抗病性等特征上。
很多人可能會問:太空蔬菜能長這么大,為什么研究這么多年了,在市面上還買不到呢?
其實(shí),太空育種是一種成本和失敗率都非常高的實(shí)驗,不光涉及火箭發(fā)射,還要能回收,光這一點(diǎn),就沒幾個國家能做到的。還有太空育種不是每一顆種子的基因都會被誘導(dǎo)突變,誘變率只有千分之幾,而且突變不一定會朝著有益的方向變,其中的有益突變又只是其中的千分之幾。
除了給人新奇,太空蔬菜很少派得上用場了。
所以,扛著一麻袋種子上去,最后真正有用的就沒幾個,而且還要耗費(fèi)很大的科研力量。
最最重要的是,這種太空的基因誘變環(huán)境,在地球上科學(xué)家們就能模擬出來,何必動不動就要上天呢?
太空育種,就是一個噱頭而已,并不堪大用!
NASA肯尼迪空間中心門口的“月亮樹”,當(dāng)它還是顆種子的時候,它就跟著阿波羅14號的宇航員上太空,被裝在口袋里圍著月球轉(zhuǎn)了14圈,但回到地球長大后,它們跟其它普通的樹兄樹妹們并沒啥區(qū)別,一開始它們備受關(guān)注和寵愛,如今早已泯然眾人,曾經(jīng)種在白宮的那一顆最后甚至被養(yǎng)死了。
科學(xué)可以很有趣,歡迎關(guān)注本姑娘!
為什么上過太空的種子會結(jié)出比較大的果實(shí)?
我國很多城市每年都要舉辦大型的農(nóng)業(yè)博覽會,在某個特定的展區(qū),一般都會看到巨型南瓜、巨型西瓜、巨型辣椒、巨型冬瓜等的身影,這些蔬菜或者水果,其身形要比普通種植的大出許多,這些品種的出現(xiàn),有的是純粹在地球上雜交優(yōu)選的結(jié)果,有些則是經(jīng)過太空培育后結(jié)出的種子發(fā)育而成。那么,為什么上過太空的種子,會結(jié)出非常大的果實(shí)呢?
一個物種,它的大小、重量、外觀、發(fā)育特點(diǎn)等性狀,取決于其遺傳基因的表達(dá)方式,也就是遺傳物質(zhì)在隔代間的傳遞和繼承,而同一物種的不同個體,在同一性狀上所具有的不同表達(dá)方式,我們稱之為相對性狀,比如辣椒的顏色、人的單眼皮和雙眼皮等等。
生物的基因之所以能夠控制生物的性狀,主要來源于兩個方面,一個是控制蛋白質(zhì)的合成,也就是說控制了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),比如組蛋白能夠參與染色體的構(gòu)成,這是基因控制生物性狀的最直接途徑。另外一個方面是基因通過影響酶的合成,來控制細(xì)胞的代謝,從而間接控制著生物性狀的表達(dá)。基因?qū)ι镄誀畹挠绊懯菦Q定性的,但不一定是一一對應(yīng)的關(guān)系,有時一個基因會控制著多種性狀的表達(dá),比如黑色素基因,可以決定著人體的膚色、頭發(fā)的顏色;豌豆的圓皺基因既決定著種子的形態(tài),也決定著它的口感。有時一種生物性狀會對應(yīng)著多個基因,比如生物體的高度則由多個基因共同控制。
此外,外界環(huán)境對生物的性狀也會產(chǎn)生一定的影響,最明顯的例子其實(shí)就在身邊,我們常吃的水果,比如桔子,在南方和北方種植,由于溫度和水量的不同,很大程度上會影響到桔子的生長和發(fā)育,造成其大小、顏色、口感等方面的差異。所以,生物性質(zhì)的表達(dá),主要決定性因素是自身的基因,外在環(huán)境起到附加的影響作用。
從生物遺傳物質(zhì)的傳遞過程可以看出,世間絕大部分生物,其遺傳信息都是以密碼的方式體現(xiàn)在DNA分子上面,也就是說體現(xiàn)出一定的核苷酸排序方式,通過DNA堿基對的配對來實(shí)現(xiàn)DNA的復(fù)制,從而使遺傳信息從父代傳給子代。而在子代的發(fā)育過程中,遺傳信息先是通過轉(zhuǎn)錄的方式傳遞到RNA中,然后再由RNA通過翻譯的方式形成各種蛋白質(zhì),從而行使各種生物性質(zhì)功能,這個過程也是大多數(shù)生物從父代DNA到子代DNA的信息傳遞過程,主要包括轉(zhuǎn)錄和翻譯。另外,在病毒界的一部分病毒種類,遺傳信息的傳遞過程是在RNA主導(dǎo)下的逆轉(zhuǎn)錄,不需要翻譯過程。
無論是以DNA還是RNA為主要遺傳物質(zhì)的生物,它們通常情況下在遺傳物質(zhì)的復(fù)制過程中表現(xiàn)得是比較穩(wěn)定的,遺傳信息基本上可以完全傳遞給下一代。不過,遺傳物質(zhì)的復(fù)制,會有非常小的幾率發(fā)生復(fù)制錯誤,比如DNA堿基對的錯位,雖然以這種反向平行雙螺旋結(jié)構(gòu)堿基對的配對發(fā)生錯誤幾率較低,但也會發(fā)生基因突變,而以RNA為遺傳物質(zhì)的部分病毒,由于其是單鏈結(jié)構(gòu),發(fā)生復(fù)制錯誤的幾率要高出很多,這也是為什么有些病毒的疫苗研制特別困難的主要原因,病毒發(fā)生變異的速度實(shí)在是太快了。
一般情況下,生物的基因突變的概率較小,而且以一種隨機(jī)的方式產(chǎn)生,沒有特定的方向性,在這一定程度上推動了生物個體適應(yīng)環(huán)境能力的提升,那些擁有有利于適應(yīng)環(huán)境以及環(huán)境變化突變的個體,則會在競爭中保留下來,否則就會被自然所淘汰,“自然選擇、適者生存、不適者淘汰”就是這么殘酷。剛才說了,環(huán)境的變化,則會影響著生物性質(zhì)的表達(dá),說白了就是影響著生物基因突變的發(fā)生機(jī)率。太空與地球表面的環(huán)境大不相同,那里擁有著微重力、高輻射、強(qiáng)紫外線等特殊環(huán)境,生物的種子一段時間待在太空中,或者在太空中培育出的植物,其發(fā)生基因突變的概率大大增加。
正因為基因突變沒有方向性,而太空的環(huán)境又加大了生物基因突變的幾率,對于代際間生長周期較短的植物來說,在隔代間遺傳信息發(fā)生變化的可能性也就進(jìn)一步提升,所以太空種子的培育是一項長期、系統(tǒng)的工程,在子代遺傳性狀的表達(dá)上,既有可能出現(xiàn)個頭大、口感好、味道甜美的突變,同時也會出現(xiàn)更小、口感差、味道酸澀的突變。從人類的需求出發(fā),勢必會保留那些有利于人們食用的變異個體,以此為基礎(chǔ)再通過子代間必要的雜交或者回交技術(shù),將更多的有利性狀表達(dá)出來,從而滿足人們綜合性的食用需要。
因此,我們在農(nóng)博會或者航天博覽會上看到的那些巨大的蔬菜水果,都是在太空環(huán)境中植物種子發(fā)生基因變異之后,被人為選擇而保留的結(jié)果,而這些只占據(jù)了實(shí)驗總量的極小一部分比例,并非太空環(huán)境下的種子萌芽后都會結(jié)出大的果實(shí)。
科學(xué)興農(nóng)為您解答。
太空種子不止能夠結(jié)出來大果實(shí),可是失敗的案例更多!
改革開放之后,我國的航天事業(yè)得到了迅猛的發(fā)展,而與此同時在行情載人之外,我們還同時開展了一項研究:太空育種,在載人之外,將農(nóng)作物種子同時攜帶上天,利用太空微重力,高輻射,真空,弱磁場等特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)果實(shí)誘變,從而篩選出符合我們?nèi)祟愃枨蟮哪繕?biāo)性狀。
而從我們所見到的媒體報道中總是能夠聽到太空辣椒,太空南瓜等,這些果實(shí)直觀給人的感受就是一個字:大!似乎這些農(nóng)作物只要能夠進(jìn)入太空,坐著太空飛船轉(zhuǎn)一圈重新回到地球都能夠長成一棵參天大樹。科學(xué)興農(nóng)在此想說的是,上述情況實(shí)則不然,成功的背后卻是無數(shù)的失敗。
對于生物個體而言,之所以生物性狀能夠在自身個體以及后代之間能夠得到延續(xù),其中很大一部分原因應(yīng)該歸功于生命的遺傳物質(zhì):DNA的穩(wěn)定性,無論是在生物體生長發(fā)育過程,生物個體細(xì)胞的世代分裂中還是在世代傳遞中遺傳物質(zhì)都保持了非常高的穩(wěn)定性,而這也是世界萬物得以延續(xù)的基礎(chǔ)。
舉個簡單的小例子,我們?nèi)祟愒谌粘I罨顒又兴?jīng)受的外界環(huán)境千變?nèi)f化,然而從生到死我們?nèi)诉@個生物個體的遺傳物質(zhì)卻并沒有什么改變,這就是因為我們的遺傳物質(zhì)保持了穩(wěn)定性,并沒有說因為生物體所處環(huán)境的變化而導(dǎo)致基因出現(xiàn)變異。
而我們需要關(guān)注的另一點(diǎn)則是,生物體的變異分為正向有益變異和負(fù)向無益變異。當(dāng)然這里的正向和負(fù)向只是我們?nèi)藶榻缍ǖ。大家對于生物體的變異卻具有非常大的不確定性,那么問題來了,在農(nóng)作物種子上天之后,又怎么一定保證結(jié)果是正向的呢?顯然不可能的。
對于我們?nèi)祟惖男枨髞碚f,這些正向變異可以說是屈指可數(shù)的,然而對于負(fù)向變異的數(shù)量卻是非常的多的,一個簡單的例子:南瓜我們認(rèn)為大是好的,但是輻射誘變后突變?yōu)榇蟮母怕释蛔優(yōu)樾、中、大而言哪一種的可能性最高呢?顯然大的結(jié)果最難,大的果實(shí)意味著植株光合效率高,營養(yǎng)利用率高等諸多優(yōu)點(diǎn)才能集成一個大的結(jié)果,然而后兩種而言針對我們?nèi)祟悂碚f,本身南瓜小的就不少,所以略微能夠突變?yōu)橹械饶瞎弦彩且粋不錯的結(jié)果。
也就是說在一個“太空南瓜”背后還存在著無數(shù)失敗的案例,只是能夠為公眾所熟知的都是成功的,而那些失敗的則只能在背后默默的被時光所吹散。按照正常的突變概率來說,大致千分之一甚至萬分之一才能篩選到一株正向突變植株,而尚且要有其余那么多泯然眾矣。在美國白宮曾種植了一顆“太空樹”這個樹的種子隨著太空飛船在太空圍著月球轉(zhuǎn)了14圈后返回了地球,可隨著結(jié)果大家也都看到了,這棵樹同正常的樹木沒有什么區(qū)別,而同時隨太空飛船返還的另一種子則在美國航天局門口,試問您看出同正常的樹木有什么區(qū)別了嗎?
首先,上過太空的種子并不一定都會結(jié)出非常大的果實(shí),也有很小的果實(shí),只不過由于媒體宣傳時,喜歡用超乎想象的大果實(shí),讓許多人誤以為太空果實(shí)都比較大。
種子在地球上時,由于地球環(huán)境較為穩(wěn)定,因此很難短時間發(fā)生較大的變異,但是太空中就不一樣了,種子在接受太陽輻射、紫外線照射以及宇宙磁場等各種因素時,環(huán)境發(fā)生了較大的變化,因此很容易在這些外部條件下基因進(jìn)行改變。
太空種子,就是種子搭乘衛(wèi)星在太空中飛行5-7天后,接受外部劇烈的環(huán)境變化,再返回地球的。
但是,無論是太空環(huán)境劇烈變化,還是地球環(huán)境溫和變化,所導(dǎo)致的生物演化方向都是毫無規(guī)則的,并不是按照人為預(yù)期那樣的發(fā)展的,太空種子也不例外。
種子在接受5-7天的飛行后,科學(xué)家們會把這些種子再栽培4-5年時間,這期間有些種子結(jié)出的果實(shí)會更大,有些果實(shí)口感會變得不好吃,有些果實(shí)會更可口,也有些種子會又高又不結(jié)果實(shí)。
以小麥種子為例,小麥種子在天空中飛行5-7天后,在地球上的后代有的高桿(不利于抗風(fēng)抗雨),有些會矮桿,有些穗子會更大,有些成熟期會提前,甚至有些淀粉含量更多。
總之,種子雖然會在太空中基因發(fā)生突變,但基因突變是沒有方向的。
后來,科學(xué)家們再在這些太空果實(shí)中的后代中選取優(yōu)良的基因變異的后代,這種人為的篩選更符合人類的期望值。雖然如此,科學(xué)家也介紹說,太空種子能得到優(yōu)良品種的概率非常少,而且實(shí)驗不可控。
在了解太空果實(shí)為什么會變大之前,我們先了解一下生物學(xué)上著名的實(shí)驗:孟德爾豌豆雜交實(shí)驗。
孟德爾選取了兩種豌豆作為實(shí)驗對象,一種是高莖豌豆,和一種矮莖豌豆。孟德爾把兩者雜交之后,只得到了一種豌豆,也就是高莖豌豆,我們把這個高莖豌豆稱之為A。
后來,孟德爾讓A自花授粉,結(jié)出的果實(shí)種下去后,又得到了兩種豌豆,即高莖豌豆和矮莖豌豆,而在1064株豌豆中,其中有787株是高莖,只有277株是矮莖,也就是說,高莖和矮莖的比例是3:1。這就是著名的生物遺傳學(xué)規(guī)律。
科學(xué)家們早已駕輕就熟的運(yùn)用這個規(guī)律,培育自己想要的種子。
比如,有些太空種子雖然會變大,但可能口感不好吃;有些可能口感很好,但可能植株結(jié)的果實(shí)少......
科學(xué)家們把自己想要的果實(shí),通過定向選擇出來。比如,先選擇種子大的果實(shí)和口感好的果實(shí)進(jìn)行雜交,通過培育與觀察,把其中一些口感好的并且果子又大的品種選擇出來。再種植下去4-5代,把這一性狀穩(wěn)定下來,即可作為一種新品種向全世界普及開來。(但是,很多時候科學(xué)家們數(shù)十年如一日也不會收獲一種新品種,可想育種之難)
由此可見,并不是種子經(jīng)過太空飛行后就可以得出我們想要的果實(shí),而是科學(xué)家們在背后數(shù)十年如一日的挑選、培育,才讓我們吃到了口感又好,果實(shí)又大的農(nóng)產(chǎn)品。
不管是經(jīng)過太空環(huán)境下的種子,還是袁老一直在研究的雜交水稻,人類在育種方面一直都秉持著:“自然變異,人工篩選”的方式,選取那些優(yōu)秀種子的后代,通過人為定向篩選后,才把其中一種當(dāng)做固定品種向全國推廣。
因此,我們所見到的每一個新品種,都是科學(xué)家們數(shù)十年如一日的努力才篩選出來的。因此,我們確實(shí)應(yīng)該向這些育種專家們致敬。
在科幻電影中,變異是不正常力量的重要來源之一,所謂“富人靠科技,窮人靠變異!”。但其實(shí)科幻在某種意義上一起在誤導(dǎo)著我們,多數(shù)科幻作品其實(shí)是以科學(xué)為外衣的魔法故事,比如“愛你三千遍”的鋼鐵俠,他胸口的能源其實(shí)是宇宙原石的同位素,所以本質(zhì)上來說還是魔法。
是魔法的話就不需要那么講究了,所以科幻基本上宣傳的都是“偽科學(xué)”。比如在實(shí)驗或是宇宙中經(jīng)歷了一次巨大的輻射后就獲得了各種神奇的超能力,其實(shí)這在現(xiàn)實(shí)世界中是不可能發(fā)生的。
那么有的朋友可能就會問了——為什么太空蔬菜都那么大呢?無論是太空青椒還是太空南瓜都大得嚇人,難道太空沒有給這些種子什么“力量”嗎?
對,這就是大家常見的誤解之一,我就來解釋一下生命到底是怎么變異與進(jìn)化的。
很多人說進(jìn)化論那翻譯的就不對,應(yīng)該叫演化論。這種說法看似可以消除公眾對進(jìn)化論的誤解,其實(shí)是錯的。突變沒有方向,但是自然選擇有方向,所以進(jìn)化論就是進(jìn)化論,并沒有錯。
突變(或者叫變異)只是一樣相對隨機(jī)且不穩(wěn)定的過程,它本身并沒有任何偏向或者喜好,只是DNA長鏈中的一個堿基對發(fā)生了一次隨機(jī)變化,這個變化本身可能什么改變也沒有發(fā)生,因為有部分氨基酸的密碼是一對多的,變化后可能與變化前并沒有什么變化。也可能改變了DNA最終翻譯出蛋白質(zhì)中的一個氨基酸。
那么這個氨基酸會帶來什么變化呢?一般來說不是什么好的變化,因為生命的生化反應(yīng)不像是流水線,而像是一場大狂歡,所以的蛋白質(zhì)都會攪在一起,與所有可以反應(yīng)的化合物反應(yīng)。也就是說一個蛋白質(zhì)改變結(jié)構(gòu),可能會造成整個一套系統(tǒng)出現(xiàn)混亂,甚至崩潰。
所以從這一點(diǎn)來說,能生出來的變異畸形幼崽都是比較厲害的,它們的變異雖然不利,但是還沒有到殺死自己的程度,多數(shù)變異都會死在胚胎發(fā)育階段,所以……這到底算是不幸還是幸運(yùn)呢?
在絕大多數(shù)不利甚至是致死的突變中,只有極少數(shù)可能會產(chǎn)生一些沒有什么影響甚至是有利影響的結(jié)果,這些也就是進(jìn)化的動力,所謂的優(yōu)良性狀。
那么這些太空蔬菜又是如何呢?其實(shí)與自然的突變完全相同,只是加速了而已。太空中有強(qiáng)大的輻射和微弱的重力,這些會極大地加速基因突變的速度,要知道基因可不像我們想象中的那樣嬗變,每復(fù)制一個堿基就只有一萬億分之一的概率會發(fā)生突變。
這是理所當(dāng)然的,如果突變太容易發(fā)生,那么生命就會在獲得有利性狀之前就因突變的副用作死掉。所以一直以來我們地面上的育種方式都是雜交而非突變,雜交的本質(zhì)就是將自然界中已經(jīng)積累的有利突變收集起來,想辦法通過有性生殖整合到后代體內(nèi),所以如果從原理上來說的話,人類進(jìn)行了幾千年的雜交可以被稱為“傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因”。
在太空接受輻射的植物,其基因突變概率提高了1萬倍,所以我們可以得到很多出現(xiàn)了不同突變的種子。
那么這些種子種下來會是怎么樣呢?絕大多數(shù)都是要淘汰的,有的根本發(fā)不了芽,有的長的非常糟糕,有些什么變化也沒有,還有些甚至?xí)挥?/p>
這就像是在沙里淘金一樣,人工選擇代替了自然選擇,只找尋找其中有利的性狀。不僅如此,有些優(yōu)良的性狀還伴隨著其它突變造成的不利性狀,為此育種專家還必須動用傳統(tǒng)的雜交手段,將其中的優(yōu)良性狀提取出來,才能最終投入市場。
也就是說,那些巨大的太空蔬菜其實(shí)是人為選擇的結(jié)構(gòu),如果你很了解太空系列,就會發(fā)現(xiàn)其中也有很多與巨大沒什么關(guān)系的品種,只是因為青椒太出名了,給大家留下了深刻的印象,加上群眾對于太空“神秘力量”的想象,才傳播的比較廣而已。
至于說人類嘛,更是沒可能了,因為成人的基因已經(jīng)遍布全身,在太空接受輻射發(fā)生突變是存在的,但是每個細(xì)胞的突變都不一樣呀!這可如何是好?所以就算會出現(xiàn)什么特別厲害的基因突變,也不會表現(xiàn)出來的,倒是萬一變成了癌細(xì)胞還真能看得出來……
我是酋知魚,一個有點(diǎn)東西的科學(xué)創(chuàng)作者,歡迎關(guān)注!
如果上過太空的種子會結(jié)出比較大的果實(shí),那就把稻谷、玉米、大豆等植物種子都送上太空旅游一翻,農(nóng)民種植積極性就會不同,收成好,口袋里就有錢。我們中國十四億人口的口糧就會自產(chǎn)自銷,再也不需要從外國進(jìn)糧食了。
設(shè)問錯了,不是都大。
1.部分死了
2.活的大部分沒顯著變化
3.變化的大部分亂七八糟怎么變得都有
4.人們只保留有益的變化,比如變大
5.變大有的是暫時的,人篩選能遺傳的
結(jié)論:變大是人為篩選結(jié)果,上太空只是增加了變異幾率而已
生物本身是矛盾的組合體,在生物性上,既有遺傳,又有變異,改變自己,適應(yīng)環(huán)境。自然環(huán)境的變化,除了地震和火山爆發(fā),大陸板塊的漂移,滄海桑田的轉(zhuǎn)變,氣候變化,常常是若干萬年計量,非常緩慢,顯得很穩(wěn)定,生長于斯的生物變異缺乏外因促進(jìn)。古人發(fā)現(xiàn)紅鯉魚,挑選培育,歷經(jīng)千百年,終于衍生出龐大的金魚世家。這樣的速度,相比于自然界,已經(jīng)是突飛猛進(jìn)的加速度了,但是現(xiàn)代人意猶未盡,千方百計的尋找突破口,返回式衛(wèi)星就成了最好的選擇。衛(wèi)星上天,地球的重力影響大大減弱;空氣稀薄,幾乎可以忽略不計;在地表上方,高度增加,氣溫成比例的降低,在衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道,氣溫已經(jīng)很低了;地面上,濃厚空氣層的阻擋,輻射大大削弱,而衛(wèi)星軌道的輻射完全不受影響...這樣的諸多因素,至少有一種刺激了種子,染色體或中斷,或倍增,或纏繞...,總之,基因轉(zhuǎn)變了,只是應(yīng)急的,多方面的,試探性的變異。衛(wèi)星返回,取出種子培育,會有多種表現(xiàn),符合要求的,進(jìn)一步培育選種,逐步獲得所需。必須指出的是,上天種子的變異,并非都是良性的;變異的結(jié)果多種多樣,高產(chǎn)只是其中一種;即使能高產(chǎn),也還會變異甚至退化,要保持性狀的穩(wěn)定,還需要繼續(xù)的研究。有些人以為,上過天的一定高產(chǎn),可以馬上推廣,對科研的長期性,復(fù)雜性,不確定性,完全想象不到。所以科普宣傳,有利于了解科學(xué)家的辛勞,成果,尊重他們的工作,敬佩他們的人品,崇尚他們的精神,有利于引導(dǎo)青少年的興趣愛好,不使庸俗的追星害了下一代。
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