帕特·瑞恩(主持人)：休斯顿，我们有一个播客。欢迎收看NASA约翰逊航天中心的官方播客，第172集，《太空中的植物》。我是帕特·瑞恩。在这个播客中，我们采访了科学家、工程师、宇航员，以及各种各样的专家，谈谈他们在美国太空探索计划中所扮演的角色。今天的嘉宾来自科学家类别，你可能已经猜到了，我们谈论的是植物科学。要与人类一起探索太空，有一些障碍需要跨越，而这些障碍对于机器人任务来说是不存在的。你必须为你的人类提供呼吸的空气，给他们喝的水，给他们吃的食物。现在，你去买食物了。想象一下，你需要多大的空间来储存所有的食物，为一组执行火星任务的宇航员提供食物。这项任务将持续数年，而且沿途没有杂货店。我们查过了。可持续的人类探索意味着有一种方法可以在不带所有食物的情况下提供食物，而不是指望像星际舰队飞行器上那样拥有食物复制者，我们需要另一种方法。幸运的是，我们有多年来一直致力于这一挑战的科学家，今天，我将与他们中的两人谈谈我们的进展。乔亚·马萨博士为国际空间站和NASA肯尼迪航天中心的未来任务从事太空作物生产工作，她在那里领导科学团队对素食实验硬件进行空间验证，现在领导一个跨学科小组，研究化肥和光如何影响素食作物的味道。她还参与了与太空植物相关的教育和推广项目，并与其他科学家合作，让他们的植物实验在空间站发挥作用。安娜-丽莎·保罗博士是佛罗里达大学生物技术研究跨学科中心的主任，她是那里园艺科学系的研究教授，在那里她研究植物对新环境的反应，重点是与太空探索相关的环境。在过去的20年里，她在太空以及在飞机、亚轨道飞行器和加拿大北极高地和南极洲的极端陆地环境中进行了10次模拟环境实验。因此，是时候了解植物将如何影响我们在太空中的未来的最新情况了。我们开始吧。主持人：很明显，我们把宇航员送上太空，我们必须满足他们的需求。我们必须喂饱它们。在短期任务中，我们通过用宇宙飞船向他们运送补给来做到这一点。为什么当我们把宇航员送上月球或火星等更长时间的任务时，这不是答案，或者可能不是全部答案？安娜-丽莎·保罗，你怎么看？安娜-丽莎·保罗：嗯，简单的答案是，植物是唯一可以让我们真正探索野餐篮子的极限的东西。如果你去另一个遥远的地方居住，无论是月球还是火星，这意味着你不仅仅是一个游客去参观一小段时间，你需要一些你可以随身携带的东西，可以生长和繁殖，让你在那里维持你的生活。因此，植物是原因。植物是我们可以做到的事情。他们循环利用我们的环境。他们为我们提供食物。他们从我们访问的表面收集资源。是的，植物是我们做这件事所需要的东西。主持人：你是说植物提供的不仅仅是食物。它们对这个环境的其他部分是必要的。但我们不能只带我们需要的食物来满足它吗？安娜-丽莎·保罗：不，一点也不。其中一个原因是你身体上带不了足够的东西。我的意思是，回想一下在波利尼西亚探索时代，那些去太平洋的旅行者。他们没有把他们需要的东西都装上车。他们带来了当他们到达那里时可以传播的东西。主持人：另外，他们需要这样的空间，以便把他们能找到的财富带回家。安娜-丽莎·保罗：也许吧。[笑声]主持人：乔亚·马萨，我想你会同意的。为什么我们要带着植物去执行这些探索任务？乔亚·马萨：是的，我绝对同意安娜-丽莎的观点。你知道，套餐饮食的一件事--我的意思是，套餐饮食很棒。你知道，宇航员现在吃了大约180种不同的食物，另外还有20种左右，你知道，调味品和饮料，但当你把这种饮食储存很长一段时间--我们需要储存它，如果，你知道，我们要去火星任务。实际上，我们可能不得不将一些包装食品送到机组人员之前。因此，在它们从地球上发射之前，它甚至可能就位于地球的表面。如果你长时间储存这些食物，食物的质量和营养就会退化。因此，即使在短期内，即使是在相当短的火星任务中，我们也不能保证我们是以提供宇航员将需要的所有营养。而且，你知道，质量也很重要。人们会对吃同样的东西感到厌倦，所以它的味道一定很好。因此，我认为，植物将是一种非常好的方式来提供人们所需的营养，并提供一些饮食多样性和兴趣，即使是在相对短期的任务中也是如此。但是，你知道，我们走得越远，呆得越久，真正获得地球独立的唯一方法就是能够生产你的食物，而不必运输所有的东西，而植物是一种奇妙的方式来做到这一点，这就是我们在地球上的生存方式。主持人：你提到了几点。关于营养素，太空中的人，他们的身体需要和地球上的人一样的营养素吗？乔亚·马萨：嗯，你知道，在很多方面，是的。你知道，我的意思是，我们有维持生命所需的某些营养物质。有一些东西我们可能不想要那么高的数量，因为我们可能会在地球上逃脱惩罚，因为一些，你知道，对太空飞行的生理反应。所以，你知道，例如，我们可能不想在饮食中摄入一吨钙。我们想要适量的钙，但如果你的钙太多，就会导致肾结石和类似的事情。如果你摄入的太少，可能会导致骨质流失。所以，你知道，大多数营养素与我们在地球上想要的非常相似，但是，你知道，同样，对于宇航员的人口统计，这会导致一定的营养。所以，你知道，年龄、体重和性别，所有这些因素都会影响你所需要的营养。因此，人类研究计划非常努力地确保宇航员获得营养。所以当我们观察植物时，我们想要确保我们补充了饮食中的营养，而不是提供太多或不够其他的东西，但特别是，我们想补充那些可能随着年龄的增长而在饮食中降解的营养。主持人：我突然想到，我们在地球上从环境中获得的某些营养物质，可能是宇航员在太空中无法获得的，我们必须补充，以确保他们获得他们需要的东西，他们不能像我们所做的那样，正常地获得这些营养物质。Gioia Massa：是的，我不是人体生理学和营养学方面的专家，所以，你知道，我认为首先想到的显然是维生素D，这是我们在阳光下产生的。我相信宇航员会在饮食中补充维生素D，但我对其他事情不太确定。但是，你知道，我确实知道植物能产生大量我们需要的维生素。维生素C是植物大量产生的一种大的维生素C。很多植物都会这样做，你知道，如果你吃辣椒，你会得到和你吃佛罗里达州、德克萨斯州或加利福尼亚州的新鲜橙子一样多的维生素C，是的，甚至更多。所以，有些蔬菜非常有营养，维生素C是包装饮食中分解储存的营养素之一，所以这是一种很容易用植物补充的营养。安娜-丽莎·保罗：植物可以帮助补充营养的另一种方式是，除了在空间站或运输途中制造营养外，植物还可以从环境中获取我们通常无法获得的营养。举个例子，想想火星吧。每个人都在想，“哇，火星上有很多铁，所以我们永远不会缺铁。”嗯，人类不能吃火星上的铁。你知道，你不能代谢它，但生长在含有火星风化层的基质中的植物可以分解这种风化层，并将泥土中的铁结合到细胞中的有机复合体中，然后人类可以食用和代谢。这也是它在地球上运行的方式。即使是在维生素补充剂中，你也不仅仅是为了获得维生素补充剂而吃氧化铁。它们必须以某种方式复杂化，才能使它们对你的身体可用。通过这种方式，植物可以收回人类原本无法获得的环境资源。主持人：植物是输送系统。在这种情况下，他们从土壤中提取铁，并将其放入你的身体可以处理并吸收的形式。所以，我们确实知道如何提供营养。我们知道宇航员需要什么，也知道如何提供。那么，问题就变成了，我们知道如何种植能够做到这一点的植物吗？你们两个多年来一直致力于实验，教我们如何在太空中种植植物。安娜-丽莎·保罗，告诉我你在历史上做过的一些事情，这些事情可以追溯到空间站以外的地方，回到航天飞机项目中，对吗？安娜-丽莎·保罗：是的。啊，对了。因此，我和我的同事罗布·费尔于1999年在哥伦比亚号航天飞机上进行了第一次太空飞行实验。从那时起，我们主要研究的不是农作物，而是一种名为拟南芥的模式生物。拟南芥是植物世界中一种很棒的白色老鼠，我们之所以使用它，是因为它的基因组已经完全测序。我们了解它的生理学，因此我们可以非常有效地调整系统。而且它真的很小。拟南芥非常喜欢在10厘米厚的培养皿上生长，所以我们的大部分实验不一定是在你认为的温室或土壤栖息地或类似的地方生长，而是在营养琼脂上生长在微小的培养皿中。通过与这些小拟南芥植物合作，我们已经了解了相当多关于植物如何响应太空飞行的基本新陈代谢过程。例如，我们知道，植物在太空中是知道的。它们通过开启和关闭各种基因来做出反应，我们知道它们这样做是为了从生理上使自己的新陈代谢适应这个新的、新的环境。这一点很重要，当你想起来的时候，我的意思是，太空是全新的。这完全是新奇的，超越了任何陆地有机体的进化经历。因此，如果我们想知道一种植物在太空中生长，甚至在另一个星球的表面生长时会做些什么，我们必须准备好真正深入地挖掘，了解你如何应对你不知道这意味着什么。这就是我们多年来一直在做的事情--主持人：我们必须让他们接触到它，并找出答案，对吗？安娜-丽莎·保罗：没错。一点儿没错。主持人：你说你已经看到他们的反应是关闭基因。这主要是他们对重力缺乏的反应吗？安娜-丽莎·保罗：嗯，我们倾向于认为它是航天环境，因为它不仅仅是没有重力，我们倾向于把开启和关闭基因的概念作为一个工具箱。因此，你知道，植物对这些环境的反应是，它们挖掘自己的遗传工具箱，寻找一些能让它们感觉更好的东西，本质上，让它们更好地适应环境。通过观察它们使用的工具的模式，你可以感觉到对这些植物来说什么是重要的。因此，例如，我们知道植物对航天飞行的反应是通过参与许多我们所说的活性氧物种途径基因。这意味着，植物在地面上承受的某些类型的压力，它们会在太空中做出反应来应对这种压力。当它们在太空中时，它们也会修改细胞壁。因此，我们看到许多基因与我们所说的细胞壁重塑有关，这种重塑在某种程度上改变了它们细胞壁的密度和味道，以应对不同于地球的环境。主持人：我们是否知道这些反应是否会影响植物向人类提供营养的能力？安娜-丽莎·保罗：嗯。我想我们并不真正知道这个问题的答案，但我们知道的是，他们确实改变了他们为自己获取营养的方式。因此，植物对根的生长模式的反应以及它们在生长过程中寻找营养的方式确实受到它们表达基因的影响，我们已经看到了航天飞行改变这一点的不同机制。因此--不是人类从植物中获取营养的方式，而是植物为自己获取营养的方式因太空飞行而改变。主持人：我明白了。现在，乔亚，实际上，你和我几年前第一次相识是在谈论国际空间站的一项实验时，我们试图弄清楚硬件将如何能够用于在太空中种植植物。给我讲讲其中的一些工作吧。乔亚·马萨：是的。所以，大部分时间，我都在使用一个叫“素食”的系统。所以，蔬菜是国际空间站上的一个植物生长室。事实上，安娜-丽莎在培养皿中的许多实验也在蔬菜中进行。蔬菜真的是一个多功能的植物平台。所以，你可以在培养皿中种植植物。你甚至可以在袋子里种植藻类，也可以在不同的容器里种植农作物。所以，到目前为止，我们一直在种植绿叶作物，实际上，你知道，宇航员已经开始能够种植和食用其中的一些植物。我们还会带回样本，看看你刚才所说的营养物质以及微生物食品安全，因为，你知道，国际空间站不仅仅是一个实验室。这真的是一个生态系统。你有住在那里的人，你有他们的微生物群，你有植物，你有他们的微生物群。所以，你实际上在这个环境中有很多不同的有机体，我们需要确保我们在这个栖息地种植的任何东西对船员来说都是安全的。所以，我们对蔬菜所做的是，你知道，在飞行和地面生长的植物之间进行比较。而且，正如安娜-丽莎所说，这有很多航天效应。这很大程度上与环境有关，比如流体物理，在国际空间站上，如果没有对流，没有重力，情况就会非常不同。因此，给植物浇水真的很有挑战性，因为植物的根需要水。它们还需要氧气，而水和空气在太空中不能很好地混合，所以这是一个非常不同的过程。因此，我们正在研究所有这些因素如何影响植物的生长状况，它们的营养状况，它们食用的安全性，甚至它们的味道。事实上，在过去的一年里，我们已经让宇航员进行了味觉测试。我们现在刚刚收集了所有这些数据，但实际上宇航员对这些植物的评价比我们送它们去品尝时在地球上的评价更高。所以，他们也，你知道，看起来真的很享受。Instagram和Twitter上有很多关于吃这种农产品的帖子，你知道，人们似乎真的很喜欢吃这种品种和那种额外的东西。我认为这也有一些新奇的因素，但只要把它添加到包装食品中，你知道，他们想出了各种有趣和有创意的方法来做到这一点，我们从宇航员那里得到了很多很好的评论。安娜-丽莎·保罗：那么，乔亚，让我问你，在你工作过的植物的心理益处方面也做了很多工作，对吗？乔亚·马萨：是的，没错，安娜-丽莎。在过去的一年里，我们一直在和工作人员一起做调查，你知道，你知道，与蔬菜和植物的互动如何影响他们的情绪和幸福，以及他们与地球的联系。而且，你知道，我们仍在分析所有这些数据，但总的来说，都是积极的，你知道，尽管不同的船员有很大差异。所以，有些人喜欢这些植物。他们花了很多时间和他们在一起。其他人，你知道，他们会吃它们，这是很大程度上，这是他们的整个互动。因此，我认为这就像任何地方的任何一群人一样，你知道的。除非你是在园艺俱乐部，否则人们对植物的反应是多种多样的。但即使是那些没有花很多时间和他们在一起的人也确实评论说，他们认为拥有植物是有价值和有意义的，他们可以看到植物在未来任务中的重要性。因此，从宇航员那里得到这样的回应真是太好了。主持人：我认为，当他们选择宇航员时，他们也会试图筛选出挑食的人。乔亚·马萨：这绝对是真的。嗯。我不认为，当你被选中时，你实际上不能有饮食限制，因为饮食是由这么多人共享的，因为它是如此仔细地制定，以确保他们能够获得他们所需的所有营养。他们不想要任何挑食的人。但是--主持人：你会吃掉它，你会喜欢它的。乔亚·马萨：是的。但你确实会怀念新鲜多汁的蔬菜，你知道的，脆蔬菜，因为这不是一种真正的质地，或者你知道，你得到的组合。所以，我听一些工作人员说，你知道，我以为我得到的第一个东西就是披萨或芝士汉堡，而我真正想要的只是沙拉。所以这是一件有趣的事。主持人：是的。从理论上讲，我们能在太空中种植任何我们想要的植物吗？安娜-丽莎·保罗：嗯，你知道，在合理的范围内。我认为空间总是，你总是要从资源的角度来考虑事情，对吗？所以你的资源是有限的，所以你不能真的种植一棵香蕉树或李子树，我之所以提到李子树，Gioia也可以谈到这一点，因为人们在尝试将植物微型化方面做了很多工作，也在某种程度上避免了一些问题，比如，果树一年只开一次花，它们变得非常大，等等。因此，肯尼迪航天中心的一些工作实际上是做一些事情，比如观察产生这些突变的植物中的某些自然突变，李子树就是其中之一，它们的体积要小得多。它们长得几乎像葡萄藤一样。它们不断地开花结果。所以现在你可以想象，你知道，在空间站或其他地方种植某种葡萄，可以让你有一种新鲜的水果。但据我所知，在很大程度上，我们还没有在这个领域工作的任何人，在太空中种植植物方面遇到过任何令人惊叹的事情。这很像乔阿所说的，如果你能管理你的栖息地，你就能管理水，如果你能管理，你知道，气体交换，诸如此类Ng，你知道，请原谅我的双关语，天空是极限。你几乎可以做任何事情，因为植物知道它们在太空中。他们调整自己的新陈代谢来适应它，但他们做得很好。乔亚·马萨：是的。一点儿没错。令人惊讶的是，它们在生长过程中是如此的可塑性。你知道，如果你能给他们，你知道，至少在某个理想范围内的大多数条件，他们真的可以做出反应并存活下来。而且，你知道，我认为安娜-丽莎所说的，这确实为开发定制的太空植物开辟了可能性，这些植物将是矮小的，高产的，将有非常高的可食用比例与不可食用材料的比例。也许它们不需要地球上植物所需要的所有结构，因为，你知道，在微重力或行星表面重力降低的情况下，你没有那么大的力量来支撑自己。因此，所有这些物质都可以转化为有用的、可食用的营养素之类的东西。因此，我认为未来定制太空植物的潜力很大。安娜-丽莎·保罗：哦，是的。我完全同意这一点。抱歉的。所以，我经常说的一件事是，植物绝对是它们新陈代谢世界的主人，正如乔亚所说，它们是如此可塑性，它们如此适应各种环境，它们非常具有工程性。因此，你不仅可以自己设计植物。你还可以设计它们的栖息地，这样你就可以改变它们的生长模式、味道甚至颜色，只需改变它们的光照制度。现在我们已经做了很多工作，因为我们拥有如此复杂的LED技术，你可以调整栖息地和非常相同的植物的波长，非常相同的基因可以创造不同的味道体系，不同的颜色体系。如果你曾经吃过那种带有微小绿叶的工匠沙拉，其中很多都是相同的植物，比如微型西兰花和其他东西，它们用不同的LED照明种植，给它们带来更辣的味道或更红的叶子，或者不同的特征，引入了多样化，而不必使你实际带来的种子和东西的类型和数量复杂化。主持人：或者有不同的栖息地来分别种植它们，这是你没有空间的。安娜-丽莎·保罗：嗯-嗯。一点儿没错。主持人：那么，你的意思是，理论上我们可以在任何我们想要的东西上成长。然后，我们将根据其他一些因素，决定我们将努力增长什么。需要的栖息地，需要的空间--你不能种植这棵大树，因为你没有空间容纳它，等等，是吗？安娜-丽莎·保罗：对。正确的。是啊，就是这样。另一件你必须考虑的事情是废料，对吗？因此，你能利用的植物越多越好。举个例子，让我们想想胡萝卜，对吗？你可以吃掉每一小块胡萝卜。你可以吃欧芹的叶子，你知道，你可以吃根，但如果你种植什么东西，比如土豆，你只能吃块茎。所以，你还必须权衡利弊，你将不得不做什么？你需要投入哪些资源来回收这些不可食用的生物质。而且，你知道，Gioia也和她在肯尼迪的同事们做了很多工作，做了生物量方程，以及在你选择一种特定的植物种植之前，你需要考虑的是什么。主持人：我们所说的生物质是什么意思？乔亚·马萨：是的，生物质是生物创造的材料，对吧？所以，你有可食用的生物量，这是你可以吃的植物的一部分，然后你不能吃的，你知道，就像安娜-丽莎说的，那必须成为种植下一批作物的资源。因此，我们必须弄清楚，比如说，如何提取番茄植株的叶、茎和根，并将这些营养物质重新提取出来，以种植下一批番茄。还有一件事我要补充到安娜-丽莎所说的，你知道，你知道，非常好地总结了一切，选择植物的另一个因素也将是一种使命和使命持续时间。而且，你知道，一些植物比其他植物需要更长的时间才能成熟，根据太空任务的不同阶段，可能会有不同的作物工作得很好。所以，她提到了小绿叶蔬菜，你知道，那些你会在沙拉混合物中找到的小植物，或者你会在一家很好的餐厅的鱼身上找到它们。这些真的是令人惊叹的作物，而且它不仅仅是一种植物。你知道，任何你可以种植的东西，你知道，吃它的植物，你可以像小绿叶植物一样生长大约两周。因此，它们不需要太多的资源，但它们实际上有很多味道和很多营养，大约4O是成熟植株营养密度的十倍。所以，如果你只有几周的时间过渡到任务的不同阶段，但你仍然想用新鲜农产品补充你的饮食，那么他们可能是一个很好的选择。主持人：我有一种感觉，你们在这方面考虑得太远了，你们考虑的不仅是相同作物的不同世代，而且还考虑了田里的某种轮作，以便获得你们之前提到的品种，有不同的东西供机组人员吃。安娜-丽莎·保罗：是的。绝对一点儿没错。如果你想一想，在长期的探索中最重要的是保持事物的新颖性，保持事物的多样性。例如，如果你读过任何关于北极或南极探险的旧故事，你就会发现，食物是如何变得陈旧和疲惫的，这是经常被讨论的事情之一。即使是在最受限制的探险活动中，你也会发现机组人员试图在他们的船舱里种植微小的植物和东西，只是为了得到一些绿色和有生命的东西。Rob Ferl和我在北极和南极的模拟环境中做了很多工作，其中很多都是在温室里做的。在你真正到达那里之前，你不会发自内心地欣赏一件事，那就是不仅能够在补给船三个月后吃到新鲜的沙拉，而且在你经历了三天的白昼之后走进温室，什么也看不到，然后你走进这个充满活力和呼吸的温室，你知道，空气中有水分，只有一点家的感觉，它对你产生了某种影响，它唤起了你，一种奇妙的感觉。而我只在半个地球之外，你知道的。想象一下当你在另一个星球上是什么样子。所以，这很重要。这在很多不同的层面上都很重要。主持人：我突然想到，在某些方面，我的问题是数量。如果你把四到六名宇航员送上飞船，把他们送到火星上，你想一想，每个人每餐吃多少，一日三餐加上零食，他们会离开那么长时间，你如何提供足够的量给每个人吃？乔亚·马萨：我的意思是，这很难，你知道，没有太多空间来种植植物，你知道，在我们在月球和火星上永久存在之前，可能不会有太多空间。因此，我认为，就心理上的好处而言，一点点是很有帮助的。你知道，也许你一周只能吃一份沙拉，或者，你知道的，每天都会有几片叶子之类的。但是种子很小。种子很小，很轻，所以你实际上可以在任务中携带很多种子，而不会占用太多空间。因此，我认为开发一种可持续的、可再生的生长方法将是非常重要的，然后弄清楚，你知道，什么时候种植作物的时间表问题，也许总是有东西可用，但也许--我的意思是，你不想一天种30棵生菜，然后这个月剩下的时间都没有生菜，对吗？因此，作物调度非常重要，这在很大程度上要归因于硬件设计和产量优化。因此，我们实际上有很多工程师在研究这一点，并弄清楚我们如何才能做好日程安排。安娜-丽莎·保罗：你的许多听众可能看过电影《火星救援》或读过这本书，你知道，当然，我们这些做生意的人就是喜欢有一个英雄，一个植物学家的主角。但在那部电影中，有一件事也真正吸引了我们许多人，那就是，让我们做个数学计算，这对整个讨论绝对重要。这是我们共同做的事情之一，当你真的设计了一个真正的生命维持系统，宇航员或殖民者将依赖它时，未来将会发生什么，数学将在那里精确地计算你需要多少区域，你知道，你需要什么样的时间表，就像Gioia所说的，你制定了什么样的时间表。你怎么收获东西的，你知道吗？你放入的营养素是什么？做这种受控农业的好处是，你可以控制进入这个系统的每个光子。你可以控制进入体内的每一克营养成分，因此，你对可能出来的东西有一个合理的预期，你可以在进行过程中调整系统。因此，这是非常高的科学，这种农业，以及这种类型的农业，在进行探索科学的这种方程式中，转化为更多地了解我们如何在地球上更有效率地在那些不能在正常情况下从事农业或为脆弱地区提供支持的地方进行受保护的农业。因此，它真的成了一个有趣的厕所地球上受保护的农业社区与NASA和其他空间生物学人员正在做的那种科学之间的学习。这是一个相当酷的循环。主持人：你有没有其中的一两个例子，以及它们是如何应用的？安娜-丽莎·保罗：例如，我们正在研究的一些东西是，好的，所以，你想去火星，你想要建立一个温室，这样在宇航员到达火星之前，火星上就可以长出东西来。但为了有效地做到这一点，你想要能够监测植物的生长情况，你知道的，营养输送系统是如何从远处工作的。因此，我们在遥感和远程监控方面做了很多工作，如果你愿意的话，我们在南极洲的Neumayer III站用模拟的方式做这项工作。同样的技术也在地球上的温室农业中使用，人们使用特殊的摄像头可以进行不同类型的波长监测，可以告诉你植物的健康和福祉，这样你就可以使用控制系统来--哦，好吧，我们需要更多的氮气在27号床上。你可以通过远程访问来完成这一切，或者你可以使用在田野上空飞行的无人机，或者你知道的，其他类型的卫星成像，让你能够以一种更节能、更有效的方式来监测作物和环境，以保持植物的健康和高产。主持人：天哪。在地球上，NASA有很多东西可以回收利用，不是吗？安娜-丽莎·保罗：当然。乔亚·马萨：当然。嗯。我的意思是，我们甚至可以参考一个更老的例子，那就是用于作物生长的LED照明，你知道，使用发光二极管种植植物的整个第一个想法是由美国宇航局资助的威斯康星大学的研究。他们拥有它的原始专利。从那时起，你知道，它在世界各地兴起了室内园艺。现在LED，你知道，你可以在亚马逊上买到它们，然后在你的厨房柜台上种植绿色蔬菜。因此，这一切都始于NASA资助的研究。主持人：我想回顾一下我对一些事情的看法，因为，早些时候，你们都提到了在我们把人送上火星之前，我们很有可能会把其他东西送上火星。我们会提前送去他们的一些补给。其中一些会落地，我想包括稍后组装的硬件，这将使他们能够种植植物。温室会在机组人员到达之前到达那里。安娜-丽莎·保罗：这当然是一个很多人都喜欢的概念。我不认为书上有任何关于这方面的东西，但有很多关于如何做到这一点的想法，比如，你是否会把它放在熔岩管里，或者是什么东西，让它完全免受外部元素的影响，或者有透明的区域，允许你使用环境光。关于这个主题，你能想到的变种有很多。有人设计好了吗？不，但它就像任何东西一样，概念就在那里。乔亚·马萨：是的。这是正在考虑的事情，你知道，我认为有很多工作正在进行，你知道，安娜-丽莎谈到了遥感，以及植物护理所需的自动化和机器人技术。而且，你知道，这归根结底是弄清楚宇航员将做什么，什么将自动完成，或者潜在地，你知道，在植物护理方面远程完成，因为我们不会把宇航员送到火星做自给自足的农民。我们要把宇航员送到火星去探索火星。因此，我们需要确保他们有尽可能多的时间和精力来做到这一点，同时仍然有能力拥有新鲜农产品。所以，我们正在考虑，你知道，能够用机器人自主完成许多这样的操作。安娜-丽莎·保罗：是的，说得好。乔亚·马萨：你知道，也许机组人员总是想摘成熟的西红柿或成熟的草莓，但他们不想给所有的植物浇水，或者他们不想，你知道，每天做大量的作物维护和授粉。因此，如果我们有能力在没有宇航员的情况下完成所有这些工作，然后有机会让人类在他们想要的时候干预，并且仍然能够享受植物，那么它就不再成为一项家务，它开始成为一种乐趣。主持人：你知道一种作物在太空中生长和成熟所需的时间是否与我们在地球上种植时相同吗？安娜-丽莎·保罗：嗯，我现在当然可以告诉你关于拟南芥的事情了。不管你认为那是不是一种庄稼，你都可以吃。我们已经做过那个实验了。但也有一些变化。但它还不够实质性，通常不能通过照明、二氧化碳等来缓解骑马，沿着这些路线--主持人：或者只是计划了一下。安娜-丽莎·保罗：对不起，再说一遍？主持人：或者只是计划了一下。我们知道这需要x来增长，所以我们做好了准备，但这并没有实质性的区别。安娜-丽莎·保罗：没错。植物在太空中的生长方式和在地面上生长的方式之间没有足够大的差异，只要你计划好了，这是无法克服的。乔亚·马萨：是的。最大的区别，真的，来自于，你知道，在受控的环境中生长，而不是在户外生长。所以，如果你生长在一个受控的环境中，你控制你的光、温度、水分、营养和大气，你以一种最佳的方式控制所有这些，你知道，在植物的快乐地带，你会生长得比在田里生长的植物快得多，它们受到天气和昆虫的影响，以及传统农业作物面临的所有其他压力。所以，我们实际上可以在室内种植更多的作物周期，但我们，再一次，真的，即使是更大的农作物，也没有看到飞行和地面之间的太大区别，如果你能把所有这些环境，你知道，在正确的区域。安娜-丽莎·保罗：对。正确的。一点儿没错。事实上，当我们第一次在Gioia之前提到的这个叫做Veggie的栖息地种植拟南芥时，当我们做了第一次地面验证类型测试，第一次为航天实验做准备的测试时，我们惊讶地发现我们种植了这么多卷心菜。拟南芥的植株比我们通常在佛罗里达大学的生长室里种植的植株要健壮得多，看起来也更丰满多汁。原因是因为我们在预测二氧化碳水平和照明水平时种植了它们，我们将在空间站上使用它们。有了额外的光照和额外的二氧化碳，这些拟南芥植物得到的二氧化碳是你在佛罗里达州的生长室里得不到的，它们要进城了，这是令人惊讶的。因此，在这种情况下，我们不得不重新调整我们的时机，因为它们比正常情况下增长得更快、更强劲。这并不是因为太空飞行。这是因为，正如乔亚所说，这是因为它们生长的硬件和环境。主持人：它们是那个环境中理想的生长条件，没有敌人，没有害虫。安娜-丽莎·保罗：是的。嗯。这也是一个非常好的观点。你不仅可以控制进入体内的光子和营养物质。您还可以控制谁获得访问权限。主持人：谈谈硬件的下一步发展。我的意思是，正如你刚才所描述的，硬件在其中一些实验中取得了巨大的成功，使植物生长得比你预期的更大、更快。你必须在硬件方面做些什么，才能得到一个足够可靠的系统，为宇航员提供主要的饮食？乔亚·马萨：好的，我会先开始，然后安娜-丽莎，我知道，会对此发表评论。但是，你知道，我们从蔬菜身上学到了很多，你知道，蔬菜是一个非常小的房间，你知道，它不是一个非常可持续的，你知道，可重复使用的种植方法。但我们在国际空间站上也有高级植物栖息地，这实际上是我们的植物生理学研究工具。这是一个非常复杂的控制室。因此，我们正在从这两个推动我们未来太空作物生产生长系统的东西中吸取教训，这可能不会像素食系统那样简单，因为我们将有一些额外的控制方面，但它可能不需要像APH那样复杂，因为我们不需要将所有东西控制到我们希望在生产系统研究中所希望的程度。就像你说的，我们想要的是环境优化，而不仅仅是所有的潜在变量。但水和养分输送系统确实是我们目前面临的最大挑战，我们正在应对植物生长。我们想要的是可重复使用的东西，它能在根部提供良好的水和氧气，所以我们不会从这种钢丝上掉下来，我们是在洪水环境和干旱环境之间行走。我认为安娜-丽莎在压力检测方面谈到的许多工作将对此至关重要，也许她可以在这方面谈得更多。安娜-丽莎·保罗：对。正确的。所以，是的，乔亚，这是在按钮上。对于种植食物来说，你不必太担心，例如，你可以如此精确地控制东西，以至于你想要从试图剖析微重力反应的方程式中去掉任何额外的压力。因此，对于我们来说，为了研究目的而做实验，我们希望尽可能地将压力降到最低。我们希望地面控制单元和航天单元在人力上尽可能紧密地对准，这样在你的方程式中引入的唯一变量就是航天环境本身。但正如乔亚所说，这是一个巨大的挑战，因为水在地球上的表现与它在微重力环境中的表现不同。因此，缓解其中一些反应是一个真正的挑战。但如果你只是试图种植丰满、健康的植物，你就不必太担心这一点，你可以专注于在原地调整系统。现在，我们所做的那种实验，当然为知道这些参数是什么奠定了基础，因为我们可以再次查看拟南芥工具箱，看看这些植物试图处理的是什么，然后我们可以将其转化为尝试种植一株芥菜，并调整硬件，这样我们就知道，嗯，你知道，它们不会喜欢这样的，所以让我们尝试一下，如果我们以这种方式和那种方式修改东西。主持人：哇。你预见到有一天你会在硬件上一直工作到复制者吗？安娜-丽莎·保罗：嗯，你知道，他们离得很近了。你可以把碳水化合物捣碎放进去，然后拿出打印的披萨或其他类似的东西，但是的，像我这样的《星际迷航》粉丝，我认为这有点牵强。主持人：是的。井。乔亚·马萨：但我确实认为，当我们生活在火星上时，食物系统可能会相当复杂。我的意思是，它不会是一个复制者，但是，你知道，现在，NASA的人正在评估食物系统中所有不同的可能空间。虽然我认为植物将是这个领域的一大部分，但那里有一些非常有趣的事情，你知道，比如细胞农业，你知道，还有人造肉类、乳制品或鸡蛋，因为我们不会把牛和鸡带到火星。所以，我们可以在细胞培养中使用微生物学来获得这些东西吗，你知道吗？然后是3D打印机之类的食物，我是说，这是一个令人难以置信的快速变化的领域，所以我真的很期待看到那里会发生什么。安娜-丽莎·保罗：是的。还有，别忘了，植物的延展性很强，你确实可以设计它们来制造你喜欢的东西。我的意思是，它不完全是一个复制者，但你当然可以设计出不同口味的植物，针对不同类型的碳水化合物，不同的油和东西，这些可以极大地扩展你的能力，拥有各种各样的食物，这超出了我们去杂货店通常会想到的东西。主持人：这对这些任务未来的成功非常重要，很高兴听到你谈论这一点。感谢您能抽出时间来。非常感谢。安娜-丽莎·保罗和乔亚·马萨，感谢你们今天的到来。安娜-丽莎·保罗：非常感谢。乔亚·马萨：是的，谢谢你。这是我的荣幸。[音乐]主持人：要完成将人类送上火星的任务，还有很多事情要做，给宇航员提供食物只是其中的一部分，而且不是很小的一部分，但你已经知道了，特别是如果你一直在关注我们的火星月刊系列的话。10月份的第164期节目《像火星人一样进食》，触及了我们今天讨论的一些相同的问题，即植物将在这些旅行中扮演的角色。我很感兴趣的是，科学家和工程师在设计和生产支持人类的系统和硬件时，必须付出多大的努力，当我们最终将他们送到如此遥远的目的地时，这些任务将需要数年时间才能完成。你可以在NASA.gov上在线了解最新情况。寻找阿耳特弥斯和月球到火星。我要提醒你，事实上，你可以在NASA.gov上在线了解NASA的所有情况。当你这样做时，使用#AskNASA的标签来提交一个问题或为我们建议一个主题。说明是去休斯顿的，我们有一个播客。你可以通过访问NASA.gov/podcast并滚动到我们的名字来找到我们所有剧集的完整目录。你会在那里找到所有其他NASA的播客，也是在同一个地方，NASA.gov/podcast。本期节目录制于2020年8月13日。感谢Alex Perryman、Gary Jordan、Norah Moran、Belinda Pulido和Jennifer Hernandez在制作过程中的帮助，感谢空间站计划科学办公室的Nicole Rose和David Brady，以及Gioia Massa和Anna-Lisa Paul帮助我们更好地了解植物对未来太空探索的重要性。我们会在下周回来。