最近，科學家進行的一項新研究發(fā)現(xiàn)，植物很難在微重力環(huán)境下交配。這一發(fā)現(xiàn)意味著發(fā)展太空農(nóng)業(yè)可能面臨不小挑戰(zhàn)。此外，這項研究也揭示了重力如何對細胞間運輸產(chǎn)生影響。
科學家選擇植物交配作為研究對象，用于了解細胞間如何運輸物質(zhì)。
降落柱頭（開花植物的雌性器官）上后，花粉粒會生長出花粉管，充當一條輸送精細胞的管道，讓它們與卵子結合�；ǚ酃芗毎纳L速度在植物王國居于首位。研究參與者、加拿大蒙特利爾大學生物學家安吉·戈特曼表示，如果是其他植物細胞，科學家就不得不等待幾周時間，才能觀察到它們對重力的反應。相比之下，花粉管內(nèi)的反應只需要短短幾秒鐘。
此外，花粉管也是用于研究細胞間運輸機制的出色模型，因為它們感知不到重力。與一些植物細胞能夠感知到重力不同，例如根部細胞中的微小結構平衡石確保植物的根往下生長，花粉管的任何反應只能因重力的物理效應所致，而不是像根部細胞那樣感知到重力，隨后相應改變自身行為，花粉管的生長追隨雌性植物釋放的化學信號，因此無需重力信息。
在此項研究中，戈特曼和同事利用歐洲航天局的設施進行研究。他們用一個直徑8米的離心機，讓正在生長的花粉管暴露在20g（地球重力的20倍）的重力環(huán)境下。此外，他們還將花粉管放入歐洲航天局的隨機定位機，利用這臺機器讓樣本以特定的速度朝著各個方向旋轉(zhuǎn)，消除來自每一側(cè)的引力效應，進而模擬太空的微重力。戈特曼表示：“這不是真正意義上的零重力。施加于樣本的重力始終保持在1g。”
研究人員利用顯微鏡對樣本進行實時觀察發(fā)現(xiàn)，在5倍于地球重力環(huán)境下，花粉管的直徑比1g環(huán)境下大8%，在20倍地球重力環(huán)境下，花粉管的直徑比1g環(huán)境下大38%。在模擬微重力環(huán)境下，花粉管的表面膨脹率下降了39%。
植物形成花粉管基本上是一項微型細胞建筑工程，細胞運輸小泡，沿著花粉管的生長方向擴建細胞壁。研究人員發(fā)現(xiàn)纖維素和胼胝質(zhì)的移動在高重力和微重力環(huán)境下會遭到破壞。戈特曼說：“這些細胞內(nèi)的細胞間運輸在確定的通道內(nèi)進行。在高重力和微重力環(huán)境下，這種運輸受到影響。”
微重力下植物交配的研究發(fā)現(xiàn)對人類并非毫無意義。戈特曼表示細胞間運輸對人體細胞非常重要，尤其是神經(jīng)元細胞。根據(jù)《先進太空研究》2002年刊登的一篇有關魚類大腦的研究論文，微重力會對突觸的形成產(chǎn)生影響。根據(jù)美國宇航局2012年公布的一份研究報告，宇航員的認知功能在太空中下降，具體程度因人而異。造成這種現(xiàn)象的原因包括睡眠剝奪和輻射壓力，不過，沒有人知道神經(jīng)細胞的細胞間運輸是否也是一個因素。
戈特曼說，人類需要了解太空中的植物交配，因為在長期太空任務或者對其他行星進行殖民過程中，我們需要植物滿足自身食物需求。戈特曼在一封電子郵件中指出：“如果我們希望在太空中進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，就必須考慮這個因素。為了進行長期植物種植，我們必須尋找能夠在零重力環(huán)境下進行繁殖的物種。”