(四)空间昆虫:闯入太空的勇士

 

 

  面对神秘莫测、浩瀚无垠的宇宙,人类对它的研究和探索从未止息。起初,灵长类动物首次作为实验对象进入了太空飞船,后来某些植物、鼠类等进入太空实验。然而,昆虫也闯入了太空,似乎还鲜为人知。

  1.太空生物实验的“宠儿”

  宇宙是一个与地球迥然不同的特殊环境,它的微重力、微磁场、宇宙辐射、超真空、超洁净和缺乏有规则昼夜节律变化等。这种环境对人体究竟会产生什么影响仍是不解之谜。那么人类应选送什么样的生物进行太空科学实验呢?

  从进化论的角度而言,高等哺乳动物是最理想的实验材料。但愈是高级动物,其试验周期愈长、耗资也甚巨。因此,必须寻找其他理想的替代生物来满足和达到预期的实验目的和要求。科学家们经多年探索后发现,昆虫几乎具备这样的条件。昆虫的最大特点是与人类同属真核生物,在细胞和分子水平上与人类有极相似的功能和机理;从比较生物学看,用它们做太空实验,与人类的反应最接近,也最具参考价值。此外,昆虫的优势还在于:体型小、对环境的适应性和敏感性较高、生活周期短、易大量繁殖、便于人工饲养和操作管理,被公认为是建立空间试验生物模型经济有效、不可多得的最佳生物实验材料,特别是被称为“荣誉哺乳动物”的果蝇最为理想。

  人类太空试验的目的,就是利用空间这一特殊环境对生物施加影响,研究其利害规律与后果,以便制定有效对策和方法,控害扬利,造福人类。比如,一种变异系天蚕,能合成天然绿色素丝,且丝色亮丽不褪。这给人启发,如用空间影响诱发其产生优质多量的丝,或能合成多种天然色素丝的变异系,并经选育遗传下来,不就能在生产中加以应用,造福人类么。再如紫胶虫产紫胶,白蜡虫生白蜡,都是国防和民用上有重要价值的工业原料。研究空间昆虫学的主要内容和意义也在于此。

  2.卫星搭载昆虫

  太空实验如何将昆虫送入太空呢?用卫星搭载。就是把生物样品随卫星进入空间飞行,待返地后观察空间环境对它们的影响,并对所获数据和资料进行研究和分析。卫星搭载有两种:无源搭载和有源搭载。无源搭载是指卫星内没有专供试验生物生存所需的各种条件,如氧气、温度、湿度、光照和食物,也没有清除废物(二氧化碳、粪便等)的装置。因此,进行无源搭载试验的生物要求比较严格,必须选择一些有高度耐缺氧能力和新陈代谢不旺盛的生物。作者实验发现,符合这些条件的昆虫(如伊蚊卵和蚕卵)返地后还能存活,而不符合条件的(如果蝇的幼虫和成虫)在空间飞行期间就全部死亡。有源搭载是指卫星上设有供受试生物进行正常生命活动的生命支持系统。当今国外大多采用有源搭载进行空间生命科学试验。

  60年代美国已在返回式卫星上搭载生物样品,进行太空生物实验了。80年代初美国利用哥伦比亚航天飞机搭载昆虫做科学实验。我国在1990年发射的返回卫星上,中国航天医学工程研究所建造了一个小型受控生命支持系统,搭载小白鼠、果蝇和家蚕,并取得了一定的成果。

  3.太空对昆虫的影响

  太空对昆虫的影响主要表现在微重力、微磁场、宇宙辐射、超真空及无昼夜节律等空间条件下,对昆虫的日常行为、代谢过程、繁殖能力、遗传变异等生存行为的影响作用。

  (1)微重力的影响。微重力是指高空中物质受地球引力极度减弱而重力几乎近于零时的一种环境,也就是失重环境。那么微重力对昆虫有什么影响呢?科学家发现在失重情况下,昆虫活动减少。如烟草天蛾翅的振幅减小。黎豆夜蛾则不爱活动,仅在有干扰时才被迫轻微的爬行或飞翔。有1/3的蛾子头向上,2/3的头向下或左或右,而在正常情况下100%的蛾子头都是向上的。微重力对昆虫繁殖力有影响。从空间飞行七天后返地的已死的黎豆夜蛾雌蛾中未发现有受精卵。果蝇会产出许多不受精的卵。飞行17天后返地的雌性家蝇的雌卵数和产卵率都显著减少。果蝇在COSMOS-963生物卫星上飞行18.5天后返地,与地面对照组相比,无论是生命力或寿命均有所降低。

  (2)宇宙辐射的影响。在空间,由于航天器外壳本身有一定的屏蔽作用,一些低能量的辐射粒子通常不易进入舱内,故对生物的影响不大,但对一些高能辐射粒子是无法屏蔽的,就难以避免对生物造成伤害,特别是引起后期的遗传变异。另外,受试生物还常被置于能直接暴露在宇宙空间的卫星装置上试验。据报道,绒茧蜂、果蝇、杂拟谷盗等在卫星上接受由微重力和γ辐射复合作用引起的遗传变异的实验,结果雄绒茧蜂在飞行的最初两天交配行为失常,由辐射过的精子所受精的卵孵化正常,卵母细胞在辐射和微重力双重影响下,致死率很高。果蝇雌成虫体内的受精卵经辐射后,其幼虫和蛹Y染色体失去的频率,幼虫染色体不分离和死亡率也很高。白纹伊蚊卵孵出的幼虫和蛹的染色体畸变(断片、桥、微核)情况较严重。

  据已发表的资料和作者的实验结果,单纯微重力对遗传变异的影响似乎不大,所观察到的变异大多是微重力和宇宙辐射同时作用的结果。

  4.从太空归来之后

  昆虫对人类的贡献古已有之,如蚕丝、蜂蜜、虫胶和白蜡人所共知。随着科学技术的发展,人们还希望通过高新技术来改造和完善原有品种,获得高产、稳产和集多种优良性状于一体的新品种。在我们进行搭载研究的昆虫中,对家蚕和天蚕这两种绢丝昆虫更重视,因为丝织品是我国传统的出口产品,经济效益十分可观,特别是被誉为“丝中女王”的天蚕,其丝产品在国际市场上的价格为桑蚕丝和柞蚕丝的数十倍。日本目前有多家研究机构从事天蚕应用研究工作。我国1990年有源搭载返地后的家蚕,其后代的丝质有一定的改善,其丝产品在1991年香港展览时引起很大轰动,被抢购一空。天蚕产出的天然绿色丝的色彩和光泽都属上乘,但目前仅此一种颜色,我们希望通过空间条件的诱变,选育具有系列色素丝的丝素基因,以及系列纤度丝的丝素基因的天蚕和家蚕优良品种。我们相信希望最终会实现的。

  5.空间昆虫的未来

  随着空间科学的进一步发展,建立相应的空间站显得十分必要。受控生态生命支持系统是国外正在重点研究的空间站系统模型之一。这是一个在封闭系统中完全由植物、动物和微生物构建的一种循环式生态系统,依靠这三者间动态的生态平衡达到自给自足。如1991年9月26日建于美国亚利桑那州沙漠的生物圈2号就属于这一类型。在这一生态系统中,昆虫是必不可少的成员之一。它们在其中的作用有:一、为植物传授花粉;二、以废物为食,将废物变为有用的物质;三、利用天敌昆虫控制害虫,使这一系统中的益虫和害虫达到平衡。然而只有那些适合于空间条件的昆虫才能担此重任。在地面试验中发现,蜜蜂的飞行和筑巢,以及蚕的吐丝和结茧等行为都受重力或地磁场的影响,在空间条件下,它们的这些行为会改变吗?如何改变?随着我国昆虫有源搭载的开始,这方面的研究工作将着手迸行。

  在太空生物研究领域,我国的科学家已走在前沿。随着我国航天事业的不断发展,先进的航天飞行器的出现,特别是在本世纪末将发射生物卫星,那时我国的空间生命科学研究将进入一个更加辉煌的时代。

(李夏;乐文俊)