微重力，大家可能一看这个词大家觉得很生僻，或者叫很冷僻。但是我想在座的很多年轻的朋友们，是伴着科幻大片长大的，星际旅行大家并不陌生，实际上我们如果在太空中旅行的话，跟普通我们在地球上的差别是在太空中是没有重力的，就像我们看到科幻片里头宇航员都是飘浮在空间的。那么没有重力，重力的缺失，对人等生物体、植物体会有什么影响？这是在未来我们在太空探索过程中必然要回答的一个问题。

　　我具体的一个科研工作就从这里开始，这一张图片大家可以看到，这是一个古树，古树下面有一个根，这根盘根错节深入大地，现在我来问大家一个问题，就是有是什么让它向地下长的？在座有没有朋友知道？因为我们的树要生长，它必然要吸取养分，它要吸取养分的话，根只有向下，空气里没有那么多氧。我们拿下面这个例子来看，我们可以看到这是一个小苗，这是树根，通过科学家的究，树的根部，就是整个根的底部，它好像知道重力在哪儿，我们是自然知道重力在哪儿，它好像也能感知到重力在哪儿，对吧。这个作用对它来讲是很关键的，因为只有这样它才能不断地扎入到地下，关于这个问题在科学界实际上是一个很大的科学问题，我们一个著名的美籍华人科学家叫冯元桢，他也是生物力学的创始人之一，他基本上是生物力学之父，关于这个问题，他给出了一个叫做淀粉体平衡石的假说，这个东西之所以称之为假说，到目前为止它还是假说，就是说在这个过程中还有很多的问题，它没有被证实。那么他是怎么认识这个问题呢？根为什么、根尖部为什么会知道重力的方向呢？他是从细胞里头来看这个问题的，如果我们把根尖细胞单独一个示例拿出来，它就会像这样子，这里除了细胞质、细胞核之外，还有一些细胞器、这个细胞器呀，我画的这几个白色的球，类似于代表它的淀粉粒叫淀粉体，它实际上是个什么样的东西呢？就跟我们吃的土豆差不多，形状差不多，但大小差了很多，这个淀粉体它只有十几个微米，最大的大小 大概根据不同的植物吧，几十个微米、上百个微米左右。那么这个东西呢会随着细胞的转动，它也会转动，因为它重，它总是会在底部沉积，那么沉积这个过程，就给它产生了一个重力信号。这个假说实际上就是认为是由它的沉积和运动过程让细胞感知到了重力的方向，然后传递给整个植物，发生后面的生化反应，使得这一个植物的根尖不断地向地心的那个方向去生长。实际上这是一个假说，但是我们可以知道，这个假说这个故事不能讲到这儿就完。如果写科幻小说的话可能到这儿就完了，好OK 我们大家知道了，这个事情我们都了解了，没有问题了。但是作为科学研究来讲，这个中间的过程还有十几步，从力学刺激信号、施加信号、然后到整个化学传导、生物传导，它是很复杂的一个过程。首先我们要回答的一个问题，就是说 力学刺激信号怎么变成生化信号的？实际上根的生长，它怎么会弯呢？有一个叫生长素的东西，它的浓度分布不是一样的，浓度越浓的地方它就要抑制它这边的生长，浓度越弱的、小的地方，它这边生长得就快。你想一边生长得慢，一边生长得快，这个东西它不就弯过来了嘛。它其实是这样子的，但是从力学信号的刺激一直到它的生长过程，这个问题是怎么解决的呢？我个人目前的一个研究就是跟这个是相关的。我们用了一个模式性的植物，叫拟南芥。

　　拟南芥长的跟我们豆芽菜差不多，这是它的一个根部，它是透明的，花就像这样子，我们把它的根部，这个根尖这个部分把它用显微镜放大，就这样一级一级往下放，那么里头是它的根尖部分，里头红色的这一部分是它一个细胞，这个细胞里的淀粉粒。我们也能看到，我们就用这样一个活体的一个拟南芥植物来做试验，我们怎么来做这个试验呢？

　　大家可以想到，我怎么研究重力对它的影响呢？这个根原来我让它这样的，然后突然我给它倒过来，然后显微镜是在它底下它突然倒过来的时候，这个重力还是这个方向，但是根的生长方向是改变了。那么这个淀粉粒，也会在这里头运动，那么我们就会知道，这个运动过程对它的生长过程的一个影响。实际上是这样子，垂直的时候它是这样子的，它的小株细胞，大家也是可以看到的，这就是我刚才讲的一个过程，当我们把它水平放置以后，可以看到这里头，这一个细胞里头淀粉体的运动。
这是我研究过程中，照下来的一系列照片，分成四个Column，这几个字代表了什么意思呢？我们拿了四种东西去做，一个是拟南芥本身叫野生型，还有一个 我们给它做了一个叫Lat B处理，什么意思呢？就是说我们加了一种化学物质，让这个植物细胞里头有所谓的微丝，就跟人的头发一样，有这样的一些东西，它就能够起到解聚的作用，实际上就是像人头发似的，它要能把它散开。还有一种叫Dis1处理，它就能把它搞成一束一束的，不是散开，是它的反作用。还有这种叫Lat B，加微丝的处理。那么用四种对比组，来看它里头淀粉粒的运动过程。

　　那么我们从这个里头，从0秒、50秒、150秒、 250秒、 350秒、一直到450秒，可以看到整个淀粉粒运动的规律。通过对比，从图片你可以直接看到，它们之间的运动过程是不一样的。我们把它的运动的轨迹通过照片照出来以后，把它每一点随时间变化的轨迹都给它录制出来了，分析出来了，就像这样子。这个的时候大家可以看到 ，这里有一个显著的一个特征，大家可以看，我们每一种颜色，实际上是代表了刚才淀粉粒的一个颗粒。那么这五种颜色呢是代表了五个颗粒，这五个颗粒随时间的运动轨迹，从整体的效果，你来看野生的是这样子的，这个是把它里头的微丝，给它聚合了以后它是这样子的。这一种是把它微丝给散开以后，是这样子的。这是混合状态，也就是说 它每一个降落的轨迹都是不一样的。至少从这个看，每个淀粉粒它只是在一个很局部的地方运动，就像有一个牢笼把它给圈住一样，这个它还可以稍微自由一点，这个就更自由了，这个就很自由，这是几种不同过程。

　　那么这样子的呢？我们就会知道一个什么呢？知道一个就是说好，我们对比这几种不同类型的野生型的 Dis1的 LatB的，好像对于野生型的它不受牢笼控制，没有一个笼子来控制里头颗粒的运动。对Dis1 它好像受一个笼子控制，很强束缚住它，让它颗粒不运动，对LatB处理的，它是一个很弱的作用，是这样子一个结果。
下面的一个科学研究的问题，就是说 ，那为什么你加了不同的东西以后会出现所谓的牢笼效应呢？也就是说 ，回到原来的这个问题上，力是怎么施加的？施加在了谁的身上？然后谁又把这个力学信号？变成化学信号传导？来刺激生长素分布的不一样？又是怎么样让它改变的让它变化的？就变成这样的一个问题了。

　　我们来看这几张图片，我们大家可以看到这是野生型的一个细胞，这个细胞里有这种绿色的像云彩一样的东西，实际上这就是我刚才说的微丝的结构，这是经过染色的细胞，是在显微镜下直接看到的细胞。在这个里头你是看不到淀粉粒的，同样一个细胞，在这个里头，你是能看到淀粉粒的。你把这两个照片复合在一起，正好可以看到这个淀粉粒是围绕在这个微丝周围的。这样就证明了什么？证明了刚才那个运动不一样，是由于这个东西受到了周围微丝的阻碍而产生的，你突变了以后有明显的差别，这些微丝都会聚集在一起，像这样子、这样子、像这样子、这样子的一个情况，都会聚集到一起。那么你再去看合成的照片，你会发现它被这个东西是强束缚住了，也就是从上面两个过程之中，我们就可以看到你去改变里头的微丝分布的情况，然后看这个淀粉体的运动情况。你就会知道它是不一样的。往下面走它会怎么样去刺激，生长素对称的不一样呢？你还得去证实，所以我们又做了另外一个生物学试验，我们把这个野生型的还有这个经过处理以后的，把同样的一个拟南芥的根拿去看，去看的时候把重力方向倒过来看。这个是时间轴，你会看到 明显的红色，是代表生长素的分布，在这个根的表面上，生长素的分布。你可以看到随着时间变化，没有处理的和处理的明显时间上分布是有偏距的，是不一样的。这就从另外一个侧面证实了我们刚才那个过程。
好到这儿为止，我们这个研究的故事还没有完。在这里头实际上想给大家表达的意思是什么呢？就是一个科学研究的过程，还是蛮辛苦的，它是需要一步一步的去追踪的。那么刚才研究了很多细胞里头的东西，细胞里头的东西跟整个植株的行为，也就是我刚才说的拟南芥，或者我们称之为豆芽菜。你研究了半天，刚才那些似懂非懂的故事，那它到底有没有影响呢？其实它还是有影响的，大家可以看到这是刚才说野生型的豆芽菜，我们通过不同处理，还是四列东西，从零个小时一直到二十四个小时，论小时，我们看什么呢？是看它的这个根的弯曲的程度。你可以看到这四列，弯曲程度是不一样的，我们又做了一个统计学分析，分析什么呢 ？就是分析它弯曲角随时间的变化，和淀粉粒在细胞里沉降随时间的变化是否是一致的。我们发现这两者之间有很强的依赖关系，有很强的关联，也就是说确实证明了细胞里面这个淀粉粒的对它的控制，是控制了它整个根的弯曲过程。实际上就是说，这个重力的刺激的感受位点是在这个细胞的底部附近，而不是细胞内的平均效应，这是什么意思呢？就相当于说， 虽然我们这个淀粉粒在沉降，这个周围有些微丝在围绕它、阻碍它运动，但是并不是它跟微丝的作用产生了这个力学信号，而是它沉降到底部，跟这个底部的相互作用产生这个信号。第二个呢，就是重力的感知程度与力学刺激的强度是相关的，这个重力信号的感生器很可能是它里面的内质网，而不是微丝。

　　刚才实际上给大家介绍了一些我个人的一个研究事例，下面说我们4月份发射的实践10号科学实验卫星。实践10号科学卫星这个里边一共有19项载荷研制任务，所谓19项载荷研制任务，包括了这个刚才我列的与生物相关的研究任务，也包括了基础物理的研究任务，也包括了燃烧的，甚至包括了材料科学的研究任务。它实际上目标是什么呢？目标是来研究我们在太空这样一个微重力的一个环境下，各种的物理、化学、生物、燃烧，这种过程之中到底有什么变化，因为人类最终必然要迈向深空的探测，就像美国人现在做的一样，我们国家也会。这个登月计划，向Mars向火星去探测，向更远的深空去探测，你对里头的一些科学规律如果不了解的话，实际上你是无法实现这个过程的。这就是微重力研究的大概领域，这是材料学的，这是一个蜡烛一个火焰的，这是一个液滴的，这里很有意思的一个事情，我们大家一个常识，就是蜡烛的火苗在地上是这样的，这叫椭圆形的，到了空间是什么样呢？它是这样的，有人知道为什么吗？为什么火焰到了空间就变了？它的形状就变成这样子了呢？实际上这也是一个学术问题，是个对流的问题。在地面温度越高的东西它就越轻，或者叫密度越低，它就会往上升，温度低的空气就往下降，顺着这个火焰就会有一些对流在中间产生。这个火焰的燃烧形状就这样，到了空间，整个没有轻和重，如果没有轻和重各个方向是一致的了，所以火苗你看多么圆润，就会成为这样一个情况。我们国家已经进入空间实验了，比如说我们已经搭载过和平号空间站上头有任务，这是神舟系列的，这是神舟4号飞船，这里头我们也有很多的科研任务，到这个尖兵4我们也有很多的任务，未来呢，这是刚刚发射的实践10号当时的规划，未来我们国家也会有我们自己的空间站，这个美国的NASA。实际上，大家都知道NASA有国际空间站，我们国家的空间站将在2022年左右上天，我们也有自己的一个大型的空间的实验基地了。未来空间探索的活动会越来越多，随着我们国家实力的强大，最后一句话，就是说随着微重力研究的发展，让我们一起，让人类的步伐迈入太空。谢谢大家！