中國(guó)空間站實(shí)驗(yàn)“劇透”：巨細(xì)不遺解碼生命

　　中國(guó)空間站實(shí)驗(yàn)“劇透”：巨細(xì)不遺解碼生命

　　作者：錢(qián)童心

　　太空實(shí)驗(yàn)的成果已經(jīng)逐步滲透到人們的日常生活中。

　　中國(guó)空間站投入運(yùn)營(yíng)后，會(huì)開(kāi)展哪些有意思的科學(xué)實(shí)驗(yàn)？第一財(cái)經(jīng)近日從航天神舟生物科技集團(tuán)有限公司(下稱“航天神舟生物”)了解到，未來(lái)空間生命科學(xué)與生物醫(yī)藥將會(huì)成為中國(guó)空間站展開(kāi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)方向之一。

　　在國(guó)際空間站上，已經(jīng)有國(guó)際領(lǐng)軍醫(yī)療企業(yè)開(kāi)展生命科學(xué)與生物技術(shù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并取得突破性的研究成果。航天神舟生物副總經(jīng)理吳城錦對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“在空間生命科學(xué)和空間生物醫(yī)藥領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外的市場(chǎng)表現(xiàn)和需求都很強(qiáng)勁。”

　　一位中科院研究員對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“空間站能夠提供長(zhǎng)期的微重力以及高輻射和艙外極端環(huán)境實(shí)驗(yàn)條件，能夠?yàn)殚_(kāi)展多學(xué)科、系列化的空間研究提供基礎(chǔ)設(shè)施�！�

　　此外，由于未來(lái)的長(zhǎng)期太空飛行任務(wù)將使人類重返月球，并有望將他們送往火星，科學(xué)家們希望盡可能多地了解微重力和輻射對(duì)人體的潛在影響，比如太空飛行如何影響人類的心臟、肌肉和眼睛等身體組織和器官。

　　中國(guó)載人航天工程辦公室主任助理季啟明日前在新聞發(fā)布會(huì)上表示，中國(guó)載人航天工程自立項(xiàng)實(shí)施以來(lái)，在航天器技術(shù)、空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)、航天員選拔訓(xùn)練等領(lǐng)域，與俄羅斯、德國(guó)、法國(guó)、比利時(shí)、意大利等國(guó)家的航天機(jī)構(gòu)，以及聯(lián)合國(guó)外空司、歐洲航天局等國(guó)際航天組織，開(kāi)展了廣泛的合作與交流。

　　他說(shuō)，2016年以來(lái)，中國(guó)開(kāi)展了與聯(lián)合國(guó)外空司的合作，面向所有聯(lián)合國(guó)成員國(guó)征集有意搭載到中國(guó)空間站的合作實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，已遴選出來(lái)自17個(gè)國(guó)家的9個(gè)項(xiàng)目。中國(guó)還將與聯(lián)合國(guó)外空司緊密合作，適時(shí)發(fā)布第二輪合作機(jī)會(huì)公告。

　　實(shí)用技術(shù)促進(jìn)生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展

　　吳城錦表示，空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅幫助了解如何在太空中生活，其成果的轉(zhuǎn)化也為地面產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大價(jià)值，能加深科學(xué)家對(duì)疾病機(jī)理機(jī)制的了解，推動(dòng)創(chuàng)新型藥品的研發(fā)。

　　他舉例稱，默沙東(MSD)、安進(jìn)(Amgen)和美敦力(Medtronic)等跨國(guó)藥企都已經(jīng)在國(guó)際空間站展開(kāi)藥物和醫(yī)療器械實(shí)驗(yàn)。其中，默沙東利用在太空研究的蛋白質(zhì)結(jié)晶改進(jìn)了免疫檢查點(diǎn)抑制劑形成和傳遞，開(kāi)發(fā)出抗癌藥物“帕博利珠單抗”，也就是俗稱的“K藥”；安進(jìn)公司通過(guò)在國(guó)際空間站動(dòng)物體內(nèi)測(cè)試抑制分解骨骼的細(xì)胞單克隆抗體，開(kāi)發(fā)出治療骨質(zhì)疏松的地諾單抗藥物Prolia；美敦力開(kāi)發(fā)的全球最小心臟起搏器Micra最初也是為太空環(huán)境設(shè)計(jì)。

　　“空間生命科學(xué)是伴隨人類航天活動(dòng)產(chǎn)生與發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科，是空間科學(xué)的一個(gè)重要分支，屬于空間科學(xué)與生命科學(xué)的交叉學(xué)科�！眳浅清\對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示。

　　吳城錦援引數(shù)據(jù)稱，美國(guó)每年在空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的研發(fā)經(jīng)費(fèi)大約是50億美元。在國(guó)際空間站已經(jīng)進(jìn)行的3000多項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，生命科學(xué)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)量最多。近十年來(lái)，國(guó)際空間大國(guó)均把空間生命科學(xué)定位十大重點(diǎn)發(fā)展的學(xué)科之一。

　　吳城錦向第一財(cái)經(jīng)記者介紹稱，未來(lái)空間應(yīng)用研究方向?qū)�包括空間生命科學(xué)和生物技術(shù)、空間材料科學(xué)、空間應(yīng)用新技術(shù)以及航天醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

　　中國(guó)空間站的主體包括一個(gè)已經(jīng)發(fā)射的核心艙“天和”以及未來(lái)即將發(fā)射的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，其中兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙主要用于支持開(kāi)展空間科學(xué)與應(yīng)用研究，并配備了科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，用于開(kāi)展航天醫(yī)學(xué)、空間生命學(xué)與生物技術(shù)、微重力流體物理與燃燒科學(xué)等技術(shù)研究。

　　此外，空間站還提供機(jī)械臂在軌操作支持、上下行運(yùn)輸支持以及飛行乘組支持，其中有效載荷主要通過(guò)貨運(yùn)飛船上行，少量實(shí)驗(yàn)樣品可由神舟載人飛船下行返回地球。載人飛船和貨運(yùn)飛船可在運(yùn)輸過(guò)程為有效載荷供電、提供信息和熱控支持。

　　航天神舟生物由中國(guó)空間技術(shù)研究院與華潤(rùn)集團(tuán)合資成立，業(yè)務(wù)領(lǐng)域包括生物醫(yī)藥、生物保健品和種業(yè)等。2019年，華潤(rùn)集團(tuán)向該公司注資超8億元人民幣，投入空間生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

　　據(jù)航天神舟生物介紹，該公司已經(jīng)在太空進(jìn)行了多肽生物信息儲(chǔ)存太空穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)和益生菌菌株空間誘變實(shí)驗(yàn)等極具應(yīng)用前景和價(jià)值的空間實(shí)驗(yàn)。

　　2020年5月5日，長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭將新一代載人飛船試驗(yàn)船送入地球軌道，同時(shí)“上天”的還有存儲(chǔ)3種數(shù)據(jù)類型的多肽生物存儲(chǔ)器，其主要目的是驗(yàn)證多肽生物存儲(chǔ)器在太空任務(wù)中存儲(chǔ)信息的穩(wěn)定性及優(yōu)化信息表達(dá)的有效性。

　　吳城錦向第一財(cái)經(jīng)記者介紹稱，相比現(xiàn)有的商用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)以及DNA等其他研發(fā)中的存儲(chǔ)技術(shù)，多肽生物存儲(chǔ)技術(shù)具備存儲(chǔ)密度更高、存放時(shí)間更久等優(yōu)點(diǎn)，即使經(jīng)過(guò)數(shù)百萬(wàn)年仍可進(jìn)行測(cè)序。

　　這項(xiàng)科技可用于存儲(chǔ)太空實(shí)驗(yàn)室大數(shù)據(jù)，也能廣泛應(yīng)用于會(huì)產(chǎn)生大數(shù)據(jù)并需要長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)的政府及商業(yè)機(jī)構(gòu)，還可應(yīng)用于存儲(chǔ)需加密處理的數(shù)據(jù)，為我國(guó)的國(guó)防生物信息安全提供保障。

　　同樣利用空間試驗(yàn)，華潤(rùn)旗下華潤(rùn)江中還在研發(fā)一種益生菌產(chǎn)品。太空誘變實(shí)驗(yàn)初步結(jié)果表明，鼠李糖乳桿菌M9經(jīng)過(guò)太空誘變，其菌落形態(tài)發(fā)生了明顯變化，較上天前菌落變得更大更黏，暗示該菌株益生特性可能發(fā)生變化。吳城錦表示，目前正開(kāi)展太空誘變菌株基因組學(xué)以及代謝組學(xué)對(duì)比研究。

　　海外研究為人類太空移民做準(zhǔn)備

　　在太空中，歷經(jīng)微重力與高輻射環(huán)境的宇航員，會(huì)遇到各樣生理指標(biāo)的改變。如肌肉(包括心臟)萎縮、骨密度降低、體液流動(dòng)重置、顱壓增高、視力下降、免疫系統(tǒng)紊亂等。太空中，不單只是心臟會(huì)變圓，連整個(gè)人體都會(huì)向更均勻的球狀發(fā)展。

　　今年3月，美國(guó)心臟協(xié)會(huì)《循環(huán)》雜志發(fā)表一項(xiàng)新的研究顯示，在國(guó)際空間站創(chuàng)紀(jì)錄地待了340天的美國(guó)宇航員斯科特·凱利(ScottKelly)的心臟發(fā)生了收縮，盡管他一年內(nèi)每周鍛煉6天。

　　這一研究結(jié)果表明，長(zhǎng)期失重會(huì)改變心臟結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致收縮或萎縮，而低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)不足以阻止這種情況發(fā)生。但研究認(rèn)為，盡管在極端的環(huán)境條件下，人類的心臟也能夠適應(yīng)新的負(fù)荷，因此心臟收縮不會(huì)造成任何長(zhǎng)期的不良影響。

　　上述研究還評(píng)估了失重和太空輻射狀態(tài)下心臟動(dòng)脈的變化。科學(xué)家使用計(jì)算機(jī)斷層掃描血管造影檢查宇航員在飛行前后的冠狀動(dòng)脈，發(fā)現(xiàn)了房顫以及快速、不規(guī)則的心跳，也就是所謂的心律失常等現(xiàn)象。

　　近期發(fā)表在《美國(guó)醫(yī)學(xué)會(huì)眼科》(JAMA Opthalmology)雜志上的一項(xiàng)新研究則對(duì)凱利和另一位俄羅斯宇航員米哈伊爾·科爾尼延科(Mikhail Kornienko)的眼部變化進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)兩人的眼睛都經(jīng)歷了多次結(jié)構(gòu)性變化，其中一人出現(xiàn)輕度視盤(pán)水腫。研究人員表示，如果腫脹嚴(yán)重并持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，視覺(jué)功能可能會(huì)受到影響。

　　研究人員認(rèn)為，他們的最新發(fā)現(xiàn)證明，需要收集可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)持續(xù)監(jiān)測(cè)宇航員返回地球后的眼部結(jié)構(gòu)變化。該團(tuán)隊(duì)還將研究視網(wǎng)膜內(nèi)血流的變化，并想了解為什么一些宇航員比另一些宇航員經(jīng)歷了更大的眼部變化。這些信息可以幫助研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出預(yù)防與太空飛行相關(guān)的神經(jīng)-眼部綜合征(SANS)的方法。

　　而日本科學(xué)家已經(jīng)在探索人類如何在太空中繁衍后代。

　　上周，由日本山梨大學(xué)發(fā)育生物學(xué)家若山照彥(Teruhiko Wakayama)教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)雜志上發(fā)表論文，研究人員在實(shí)驗(yàn)中首次使用國(guó)際空間站在軌儲(chǔ)存5年零10個(gè)月的小鼠冷凍精子，成功繁殖了健康小鼠。

　　這表明哺乳動(dòng)物在地球以外空間繁殖的可能性，也會(huì)對(duì)人類未來(lái)探索宇宙產(chǎn)生重要影響。如果將來(lái)需要執(zhí)行長(zhǎng)時(shí)間的空間任務(wù)，那么這種方法也許可以用于人類在太空中的繁殖。

　　這不僅是最長(zhǎng)一次國(guó)際空間站在軌實(shí)驗(yàn)室的生物學(xué)研究，也是全球首個(gè)涉及哺乳動(dòng)物生殖細(xì)胞的空間研究。該實(shí)驗(yàn)的主要目的是為了比較長(zhǎng)期暴露在太空輻射下的精子受精能力與地球上存儲(chǔ)精子的受精能力是否會(huì)有所不同。太空的輻射量是地球的170倍，這種高輻射水平會(huì)被地球大氣層削弱。

　　人們擔(dān)心更高的輻射水平可能會(huì)促使有害突變的發(fā)生，而失重的條件可能會(huì)阻礙胚胎發(fā)育。對(duì)此，若山教授表示：“如果空間輻射導(dǎo)致突變，那么繁殖的下一代也會(huì)有所改變。如果動(dòng)物在太空中生活了很多代，那么突變就會(huì)累積。我們必須知道如何防范這種情況發(fā)生�！�

　　在下一步的研究中，科學(xué)家計(jì)劃對(duì)失重條件下培育的小鼠胚胎進(jìn)行研究。若山教授稱，今年8月，研究人員將把冷凍的早期小鼠胚胎送到國(guó)際空間站進(jìn)行零重力條件下的解凍和培養(yǎng)。

　　盡管在太空中繁衍后代今天聽(tīng)起來(lái)似乎不可思議，但人類的發(fā)展空間已經(jīng)延伸至地球以外，不僅建立了大型空間站，還計(jì)劃在月球、火星等星球上建立移民基地。新技術(shù)的開(kāi)發(fā)還有望將宇航員送往太陽(yáng)系以外的目的地，進(jìn)行更為漫長(zhǎng)的任務(wù)。

　　研究人員估計(jì)，冷凍干燥的精子在國(guó)際空間站中可以安全地儲(chǔ)存約200年。他們還表示，由于精子體積小、重量輕，運(yùn)輸成本低廉，這使得動(dòng)物生殖細(xì)胞可以像植物種子一樣容易地進(jìn)行空間站儲(chǔ)存。