2011年6月6日，在哈薩克斯坦拜科努爾發射場，準備搭乘「聯盟」號載人飛船前往國際空間站的日本宇航員古川聰在新聞發佈會上宣佈，「對黃瓜「情有獨鍾」的他，打算在國際空間站種黃瓜」。但是，新聞同時宣稱，「按照規定，宇航員不准吃這些黃瓜」。這多少又給太空黃瓜蒙上了神秘的面紗。這在太空種出的黃瓜是什麼味道，不禁讓人浮想聯翩。
這在太空種黃瓜需要些什麼特殊的技術，種出的黃瓜跟地球菜園的出產黃瓜品質一樣嗎？
60年來的夢想
實際上，自從人類掌握了空間技術開始，就有了「太空農場」的夢想。畢竟，要想在太空長時間停留，完全依靠從地球攜帶而來的補給是不現實的。且不說浪費在運輸上的能源，一旦進行深空探測，畢竟以現在飛船的速度，要抵達火星還需要近一年的時間。如果運輸途中稍有差池，宇航員就要餓肚子了。
從1957年第一顆人造衛星發射成功開始，科學家們就開始嘗試在衛星、空間站這些太空「旅行倉」中種植植物了。不過，並非將植物塞進太空倉就能變成太空植物，環境的改變讓生長開花都變成了極具挑戰的任務，畢竟在數億年的進化過程中，植物已經適應了地球環境，讓它們在太空紮根生長就像把人突然扔到大海裡生活一樣。所以，最初的實驗僅僅是讓植物幼苗搭乘航天器到太空兜兜風，檢查太空環境對它們的影響。直到1982年，蘇聯科學家才在禮炮7號空間站上完成了擬南芥「從播種到收穫種子」的種植過程。那次實驗結果可算令人滿意：這些個體產生的種子大多是正常的，可以再次生根發芽，開花結果。
不過，就像長期在太空居住的宇航員會碰到骨質疏鬆，肌肉萎縮等諸多麻煩一樣，植物身上也會出現各種各樣的生理問題。迄今為止，還沒有哪種作物能像在地球上一樣正常生長發育。越來越多的研究表明，在太空倉裡種植物，遠非將溫室設備搬到太空中那麼簡單。
強光？弱光？
雖說植物生長靠太陽。但是在宇宙空間中曬太陽卻是一件危險的事情。且不說高能質子、阿爾法粒子這樣的宇宙射線可以直接「砸壞」植物蛋白質和DNA，危及它們正常生活甚至生命，在沒有大氣層的阻擋的情況下，這裡的大量紫外線就足夠植物喝一壺的。這些高能量的「光線」不止令人生畏，也會破壞植物的正常結構和代謝過程。
所以，在太空種植的第一步，就是製造出合適的透光防護罩，隔離那些有害的紫外線和宇宙射線，讓植物可以安全地生長。
當然，太陽能光伏電池可以將危險的太陽光轉化成電能，然後再利用日光燈等照明設備來滿足植物對光的需求。不過，這樣做就會在轉化過程中損失了很多能量。好在對人類而言，太陽是個取之不盡的能量來源，只要考慮需要增加的太陽能電池板就可以了。
不過，未來遠離太陽、進入深空探測時，宇航員們又會碰到弱光條件，如果僅靠電能照明種植糧食蔬菜，就需要耗費許多能源。好在不久前，科學家已經發現了可以吸收紅外光的植物，這些生活在西澳大利亞的藻青菌含有一種我們不熟悉的葉綠素——葉綠素f，這種色素可以吸收波長上限為720納米的太陽光，這已經是紅外線的範圍了。比起通常的具有葉綠素b和葉綠素a的植物，含有這種葉綠素的植物能吸收波長更長的光線，也就更能適應一些紅外線成分比較多的光源（這樣的恆星確實存在）。如果它們可以通過篩選，就能為深空探測提供必要的能源支持。
解渴的水哪裡來
除了光，種植需要解決的還有光合作用的另一個要素——水。我們都知道水是光合作用必不可少的原料。不過，你可能不知道，植物吸收的99%水分都蒸發到了空氣中。這種看似「浪費」的行為，實際上對植物有著重要作用。植物的葉片就像是一台台水泵，將根系吸收的水分和礦物質混合而成的營養液「抽」到枝頭，而這些水泵的動力就來自蒸發水分而獲得的能量。另外，通過蒸發水分還能降低葉片的溫度，避免被陽光灼傷。
當然，這工作的耗水量並不小。正常情況下，小麥的每長出1克的物質（注意，包含不能吃的部分哦），就需要用掉513克的水，當然絕大部分都是用在了蒸騰作用上。可惜到目前為止，人類還沒有發現另一個像地球這樣有較為充足水分的地方，也就是說我們要儘可能地將水分回收再利用，恐怕光是解決蒸騰水分的回收就是個代價不扉的工程。
當然，我們也可以只種泡在全密封的水箱裡的藻類植物，這樣就不用考慮收集蒸騰作用的水分了，但前題是，做太空旅行的你要長期忍受只嚼海苔過活的日子。也許那時，一片面包也會變成奢侈品。
沒有二氧化碳，植物也會餓肚子
不止如此，千萬不要以為有了光和水植物就能正常生長了，沒有二氧化碳，一切都是零。如果說光和水是吸收太陽能的關鍵因素，那二氧化碳就是儲存能量的關鍵部件了。倘若把前兩者比作發電廠的必備要素，那麼二氧化碳就像是能夠儲存能量的充電電池。
在光合作用過程中，植物會首先利用光和水製造出高能物質。這些高能量的傢伙可不安分，如果不把它們用掉。它們就會在細胞裡釋放能量、亂搞破壞。而想要固定這些能量，二氧化碳的濃度是一個關鍵因素。
二氧化碳在地球大氣中的含量不高，僅有0.03%。因為整個生物圈的協調運作，這個濃度基本上保持穩定（當然，最近的溫室氣體含量飆升純粹是人類自己惹的禍）。但是，對於一個小範圍的空間，要維持一個穩定的濃度就不是那麼容易了。在實驗人工建立生態系統的「生物圈2號」工程中，科學家建立了一個總體積為18萬立方米的小小生物圈。但是不久之後，這裡的「大氣」成分就發生了變化，氧氣、氮氣和二氧化碳的比例發生了巨變，並且波動過大：高峰時二氧化碳的平均濃度為2466ppm（百萬分之一濃度，也就是100萬份空氣中所佔的比例），到低谷時二氧化碳濃度則只有1060ppm。這樣的波動不僅不適於人類生存，連植物生長都成問題。對於比生物圈2號個頭還小的太空艙來說，如何控制調節好二氧化碳的濃度，還是一項棘手的工作。
分不清的天和地
除了上面的植物生長要素，在空間更難解決的是重力問題。在地球上生活的我們，經常會忽略這個條件的存在。可是一旦進入了太空，這個因素的重要性就立馬顯現出來了。
「根會往土裡扎，莖稈會努力向上生長」，這些我們覺得司空見慣的想像，其實都是植物感受到重力之後作出的反應。目前還沒有證實，植物是怎樣辨別方向的。比較公認的一種看法是，植物細胞裡有一些澱粉組成的顆粒，它們會受重力的影響，沉積到細胞的下部，從而給細胞壁施加刺激，這樣一來，植物就能辨別出天和地了。可以說，這些澱粉粒就是植物生長的「指南針」。不過，在失重狀態下，這樣的沉積就變得不可能了。不僅如此，分解這些澱粉顆粒的酶會特別活躍，徹徹底底地把「指南針」砸爛了。
其結果就是，植物生長分不清上下，根和葉都向著四面八方生長。就拿常用的實驗植物擬南芥來說，它們在失重狀態下最後長成一團，本該拚命伸向天空的莖停下了腳步，反而是多了很多枝枝杈杈。個頭比地面上的擬南芥要小，而且植株顯得更纖細，就像是漂浮在水中的水草一樣。
失重狀態還會影響植物體內激素物質的分佈，這不僅會影響植物的生長形態，還會影響植物的繁殖。20世紀90年代，科學家曾經在和平空間站上種植過小蘿蔔和大白菜。遺憾的是，它們的品質比起地面生長對照組都要遜色不少，不僅發芽率低，生長緩慢，並且植株更為矮小，開花結籽需要更長的時間。
不想要的突變
太空育種是我們經常聽到的一個名詞。在轉基因技術應用之前，這確實是一種重要的育種手段。不過，利用宇宙輻射作為條件突變產生種子並不可靠，因為這樣產生的突變沒有方向性。也就是說，我們不知道變出的種子是更好了，還是更糟了。事實上，一般情況下產生的突變都是有害的，這就大大地增加了育種的工作量，遠不及轉基因技術來得直接和精細，畢竟後者可以將我們想要的優良基因（比如抗病蟲害的BT基因）精確而直接地「放置」到植物的基因組中。
既然宇宙射線能讓種子產生突變，我們還應該注意，這些我們在太空正常種植的植物會不會也發生有害突變，降低品質和產量。此外，在微重力環境下，染色體、複製分離都會受到影響，很容易出現畸形，影響種子的成活率，以及後代植株的質量。要保證種下去的甜西瓜種子，結出的還是甜西瓜已經不是一件簡單的事情了。
這樣看來，在太空中種出一根小黃瓜，可不是一件簡簡單單的事情。難怪守則要規定宇航員不准隨意把實驗結果吃掉了。當然，通過模擬重力環境，改善光照和空氣條件，我們還是有可能獲得幾根正常的黃瓜。究竟這次古川聰種下的黃瓜能長成什麼樣子，我們不妨拭目以待。
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