“神舟”號(hào)上的生命研究

沈羨云

從20世紀(jì)50年代末，我國(guó)就進(jìn)行了空間生命科學(xué)研究，尤其是發(fā)射“神舟”號(hào)系列飛船后，在飛船上搭載了通用生物學(xué)培養(yǎng)箱、蛋白質(zhì)結(jié)晶裝置、動(dòng)植物細(xì)胞融合裝置等進(jìn)行空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)備，更是利用一切可能條件，進(jìn)行了大量的空間生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)。1999年發(fā)射的“神舟”1號(hào)，開(kāi)啟系統(tǒng)研究“太空誘變育種”的序幕：從“神舟”2號(hào)到“神舟”6號(hào)，生命科學(xué)研究的內(nèi)容逐漸增加，從對(duì)動(dòng)植物空間生物學(xué)效應(yīng)和空間生物學(xué)技術(shù)的研究，發(fā)展到對(duì)人生理效應(yīng)和醫(yī)學(xué)的研究。

太空育種

“神舟”號(hào)載人飛船的發(fā)射，為我國(guó)的太空育種實(shí)驗(yàn)作出了巨大貢獻(xiàn)。由于搭載種子不需要航天員在飛行中操作，不會(huì)影響飛船的技術(shù)狀態(tài)和主要任務(wù)，并且其重量輕、占的空間位置不大，因此在“神舟”號(hào)上可以搭載更多的植物種子并進(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn)。自1999年發(fā)射“神舟”1號(hào)以來(lái)，在6艘“神舟”號(hào)飛船中都搭載了植物種子，甚至搭載了試管苗。在“神舟”號(hào)飛船中先后將各種農(nóng)作物、蔬菜、中草藥、樹(shù)種等種子送入太空。

目前，世界上只有美國(guó)、俄羅斯和中國(guó)成功地進(jìn)行了衛(wèi)星或宇宙飛船搭載的“太空育種”研究，美、俄進(jìn)行的太空育種實(shí)驗(yàn)主要是為了解決今后長(zhǎng)期飛行中航天員在飛船和進(jìn)入其他星球時(shí)食物供應(yīng)和維持座艙環(huán)境的問(wèn)題，而我國(guó)的太空育種是為了解決地球上人類生活問(wèn)題。中國(guó)太空育種品種之多、范圍之廣、成就之大是世界上其他國(guó)家無(wú)法相比的。因此，我國(guó)的“太空育種”研究至今仍居世界領(lǐng)先水平。

太空中的細(xì)胞“婚禮”

在“神舟”4號(hào)上有一個(gè)不大的黑色小盒子，別看這個(gè)小盒子貌不驚人，它可是我國(guó)自行設(shè)計(jì)和研制的一臺(tái)細(xì)胞電融合儀。在這個(gè)小盒子中將舉行兩場(chǎng)“婚禮”，一對(duì)新人是動(dòng)物細(xì)胞，另一對(duì)新人是植物細(xì)胞。它們結(jié)婚后生出來(lái)的孩子，將具有其父母的特性。這種方法是很有用的，它們可用于生物制品加工、培育新品種和生物制藥。下面我們來(lái)看看這兩對(duì)婚禮是如何進(jìn)行的。

植物細(xì)胞的“婚禮”要做太空中的新人可不容易，動(dòng)物和植物細(xì)胞的新人都是經(jīng)過(guò)地面科研人員精心挑選出來(lái)的。這次上天的“新郎”是有液泡的煙草細(xì)胞，開(kāi)的是黃花，“新娘”是脫液泡的革新一號(hào)煙草細(xì)胞，開(kāi)的是粉花，估計(jì)它們結(jié)合后，雜交出的后代開(kāi)的是黃花，與父親相同，但它的形狀卻遺傳了母親的特征。

飛船發(fā)射前，科技人員在發(fā)射場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)室里，精心培育了8批煙草苗。為了使“新郎”和“新娘”更健康，能夠“生”出更優(yōu)秀的兒女，直到發(fā)射前兩天，才從其中一批生長(zhǎng)時(shí)間為6周的植物苗中提取細(xì)胞。提取的“新娘”細(xì)胞被去掉細(xì)胞壁，以便可以與“新郎”細(xì)胞在太空結(jié)合。它們結(jié)合后產(chǎn)生的新細(xì)胞既具有其父母的特征，又可以“青出于藍(lán)而勝于藍(lán)”。這種新細(xì)胞對(duì)人類很有用，尤其在生物制藥方面，可以生產(chǎn)出很多有用的新藥。這些新藥在地球上是無(wú)法生產(chǎn)的，它可以治療很多病，因此人們對(duì)這種新的太空細(xì)胞婚禮寄以很大的希望。

動(dòng)物細(xì)胞的“婚禮”在“神舟”4號(hào)上，動(dòng)物細(xì)胞的“新郎”是小鼠的B淋巴細(xì)胞，這是一種可以產(chǎn)生抗體的細(xì)胞，但它有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，在人體或動(dòng)物的體外不能進(jìn)行繁殖，不能傳種接代?！靶履铩笔枪撬枇黾?xì)胞，它像人的母親一樣，在體外可以進(jìn)行無(wú)限繁殖。因此，科學(xué)家利用它們的各自優(yōu)勢(shì)，讓它們結(jié)合。這樣，產(chǎn)生的后代就具有既可以殺病毒，又可以在體外進(jìn)行無(wú)限繁殖的新品種。

在太空中舉行動(dòng)物婚禮要比植物婚禮復(fù)雜一些。首先“新郎”是從小鼠的脾臟中提取出來(lái)的。為了要使“新郎”具有作戰(zhàn)能力，必須先用病毒去“訓(xùn)練”小鼠的淋巴細(xì)胞。因此在發(fā)射前幾個(gè)月，科研人員就開(kāi)始訓(xùn)練了。方法是每隔3周，將帶有乙肝病毒的疫苗注射到小鼠體內(nèi)，使小鼠的淋巴細(xì)胞具有產(chǎn)生抗體的能力。一共注射3次。等到發(fā)射前，再?gòu)男“资笪察o脈中取血，把血中的“新郎”請(qǐng)出來(lái)，將它與“新娘”放到它們的“新房”中，到太空中再為它們舉行婚禮。雖然這次實(shí)驗(yàn)只需要8只小白鼠，但為了完成這次實(shí)驗(yàn)，發(fā)射場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)共養(yǎng)了40只小白鼠，另外還有32只在上海備用。

在太空舉行細(xì)胞婚禮的原因是因?yàn)樘罩惺且环N失重環(huán)境，所有的細(xì)胞都沒(méi)有重量了，它們?cè)谌诤弦褐芯秃苋菀捉Y(jié)合在一起，這樣可以提高它們的生育能力和活力。國(guó)際上，在太空中進(jìn)行這種實(shí)驗(yàn)也很少，歐、美各國(guó)都把它作為未來(lái)空間站的應(yīng)用問(wèn)題加以研究。所以，我國(guó)這次在“神舟”4號(hào)上進(jìn)行的細(xì)胞電融合實(shí)驗(yàn)也是屬于國(guó)際上生物技術(shù)的前沿課題。

邀游太空的“模擬人”

“神舟”4號(hào)中雖然沒(méi)有真正的航天員，但也有兩個(gè)身著太空服的“男性”模擬人，“他們”身高1.70米左右，體重、外形與航天員十分相似，“他們”半仰地躺在返回艙的正中，在“他們”的身上捆綁很多傳感器，這些傳感器可以記錄下飛行過(guò)程中飛船座艙中溫度、濕度、氧氣、壓力變化等多種試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在模擬人的口袋里還裝了一個(gè)特制的儀器，它可以測(cè)量飛行中太空的輻射劑量，以了解太空輻射對(duì)今后航天員的影響。這兩個(gè)模擬人責(zé)任十分重大，“他們”好像飛機(jī)上的黑匣子，返回后能從“他們”的身上獲得更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，供科學(xué)家們參考。

“神舟”4號(hào)飛行時(shí)，地面的指揮控制中心可以接收到心電、呼吸、體溫、血壓四項(xiàng)重要的生理指標(biāo)的信號(hào)，這四項(xiàng)生理指標(biāo)是作為今后觀察航天員飛行中身體狀態(tài)的生理指標(biāo)。“神舟”4號(hào)上的“模擬人”是“死人”，根本不可能發(fā)出這些生理信號(hào)。那么它們是從哪里來(lái)的呢?原來(lái)發(fā)射前科學(xué)家們將人的這些信號(hào)錄到磁帶中，然后裝到“神舟”4號(hào)的生理遙測(cè)系統(tǒng)中，“神舟”4號(hào)飛行時(shí)，將它們播放出來(lái)，發(fā)回到地面。“神舟”4號(hào)的任務(wù)之一是檢驗(yàn)這套系統(tǒng)的可靠性?？梢韵胂螅绻@套系統(tǒng)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，信號(hào)發(fā)不回來(lái)，那么今后地面將無(wú)法知道航天員飛行中的身體狀態(tài)，那有多危險(xiǎn)呀!

“神舟”6號(hào)上細(xì)胞搭載實(shí)驗(yàn)

“神舟”6號(hào)上科學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是有兩名航天員從返回艙進(jìn)入軌道艙，可以在里面進(jìn)行一些有人參與的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。神六上主要是兩個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)：一是開(kāi)展一些功效學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)，例如進(jìn)行了“在軌干擾力實(shí)驗(yàn)”，獲得人在失重環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、(力)的表現(xiàn)特性等數(shù)據(jù)，為下一步設(shè)計(jì)空間站提供重要依據(jù)：二是進(jìn)行了一些醫(yī)學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)，例如，觀察了航天員在整個(gè)飛行過(guò)程中生理指標(biāo)(心電、血壓、體溫、呼吸)的變化，同時(shí)還進(jìn)行了細(xì)胞、分子生物學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)。這些數(shù)據(jù)將為我國(guó)更長(zhǎng)時(shí)間的飛行奠定基礎(chǔ)。

在“神舟”6號(hào)上搭載的細(xì)胞是心肌細(xì)胞和成骨細(xì)胞，其中心肌細(xì)胞還是世界首次在空間進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的目的是為了了解太空的失重環(huán)境對(duì)這兩種細(xì)胞的生長(zhǎng)有何影響，揭示心肌細(xì)胞和成骨細(xì)胞在太空失重條件下的變化機(jī)理，以便探討失重心血管功能障礙和骨丟失的產(chǎn)生機(jī)理及防護(hù)措施。

此次實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象——心肌細(xì)胞和貼壁伸展的成骨細(xì)胞被分為兩組(實(shí)驗(yàn)組和地面對(duì)照組)，它們都被放置在精心設(shè)計(jì)的24個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)盒中，除了失重環(huán)境外，兩組細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境(如壓力、溫度)完全相同。實(shí)驗(yàn)組隨“神舟”6號(hào)航天員上天，航天員在入軌后，分三個(gè)時(shí)段操作細(xì)胞樣品盒，分別對(duì)細(xì)胞進(jìn)行激活、固定，地面科研人員也在同樣的時(shí)間進(jìn)行同樣的操作，待“神舟”6號(hào)載人飛船完成使命返回著陸后，科研人員將立即回收搭載的細(xì)胞樣本運(yùn)回北京，在航天細(xì)胞分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成多項(xiàng)指標(biāo)分析?？蒲腥藛T將利用先進(jìn)的手段和儀器設(shè)備，在細(xì)胞上挖掘各種信息，找尋醫(yī)學(xué)防護(hù)對(duì)抗的措施。

責(zé)任編輯：蒲暉