空間站生命科學(xué)研究的分析和思考

薛紅衛(wèi) 湯章城

（中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所）

1 引言

在不久的將來(lái)，我國(guó)載人空間站就會(huì)遨游在浩瀚的太空，為我國(guó)科技專家提供長(zhǎng)期以來(lái)夢(mèng)寐以求的研究舞臺(tái)。在構(gòu)建空間站的過(guò)程中還會(huì)相繼發(fā)射若干航天器，科學(xué)家們也將獲得利用這些航天器進(jìn)行研究的機(jī)會(huì)。梳理國(guó)際空間站生命科學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域的研究態(tài)勢(shì)，瞻望該研究領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，從而對(duì)如何深刻認(rèn)識(shí)、科學(xué)設(shè)計(jì)、合理安排和有序組織我國(guó)空間站生命科學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域研究提出初步的分析和思考。

2 空間站生命科學(xué)研究的重要意義

空間站的構(gòu)建和應(yīng)用，及其內(nèi)含的空間生命科學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域的研究是加速國(guó)家現(xiàn)代化進(jìn)程的重要戰(zhàn)略需求。

2.1 空間站生命科學(xué)研究是拓展空天能力的重要內(nèi)容

21世紀(jì)中葉，中國(guó)將成為國(guó)際大家庭中一個(gè)中等發(fā)達(dá)的國(guó)家，將呈現(xiàn)在世界面前的是一個(gè)政治文明高度發(fā)達(dá)的國(guó)家、物質(zhì)文明發(fā)達(dá)的國(guó)家、社會(huì)文明、精神文明、生態(tài)文明高度發(fā)達(dá)的國(guó)家和高度開(kāi)放的國(guó)家。抓住革命和創(chuàng)新，就能抓住實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的先機(jī)。縱觀歷史，我國(guó)已屢次錯(cuò)失科技革命的機(jī)遇，國(guó)家發(fā)展常處于不利的地位。未來(lái)50年，我國(guó)不可再錯(cuò)失良機(jī)，必須以科技創(chuàng)新支撐我國(guó)全面建設(shè)社會(huì)主義的小康社會(huì)，建立實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化牢固的經(jīng)濟(jì)社會(huì)基礎(chǔ)和若干個(gè)重要的戰(zhàn)略體系[1]，其中，空天海洋能力新拓展體系的建立必不可少，而空間站的構(gòu)建和應(yīng)用，及其空間生命科學(xué)和生物技術(shù)的研究就是空天能力新拓展的重要組成部分之一。

2.2 空間站生命科學(xué)研究是實(shí)現(xiàn)科技現(xiàn)代化的必然要求

科技革命和科技創(chuàng)新主要源于兩種動(dòng)力，一是人類或國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求；二是自然界或科技知識(shí)內(nèi)部矛盾和演變規(guī)律的揭示。今后50年，我國(guó)在能源、資源、先進(jìn)材料、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、人口健康、重要基本科學(xué)問(wèn)題（宇宙演化、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、生命起源和進(jìn)化）等方面都期待有重大突破，從而有助于解決當(dāng)今社會(huì)發(fā)展所面臨的諸多困難和重重危機(jī)，并對(duì)未來(lái)發(fā)展產(chǎn)生前所未有的深刻影響。空天能力新拓展將通過(guò)空天科學(xué)與探測(cè)能力、空間技術(shù)能力、空間資源開(kāi)發(fā)和利用能力，對(duì)地觀測(cè)與綜合信息應(yīng)用能力等[1、2]，直接或間接地為能源、資源、先進(jìn)材料、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、人口健康、重要基本科學(xué)問(wèn)題等方面的重大突破作貢獻(xiàn)?？臻g站工程是空天能力新拓展體系中的重要組成部分，其主要目的是人在太空直接參與探索、開(kāi)發(fā)和利用太空和天體（包括地球）。

2.3 空間站生命科學(xué)研究將為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展發(fā)揮重要作用

空間生命科學(xué)與生物技術(shù)研究的作用，一是直接為我國(guó)空天計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)和科技活動(dòng)服務(wù)；二是直接或間接為地面經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和科學(xué)的發(fā)展服務(wù)。前者主要體現(xiàn)在通過(guò)建立完善的受控生態(tài)生命支持系統(tǒng)，以保障人在太空長(zhǎng)期生存的必要條件，如氧氣、水和營(yíng)養(yǎng)物的供應(yīng)，以及身體和心理的健康等。后者主要體現(xiàn)在對(duì)促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展和提高人口健康的貢獻(xiàn)。未來(lái)50年，要建立生態(tài)高值農(nóng)業(yè)和生物產(chǎn)業(yè)體系，包含農(nóng)產(chǎn)品安全（數(shù)量、質(zhì)量）、可持續(xù)農(nóng)業(yè)（生態(tài)農(nóng)業(yè)模式、農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)、土肥水光利用效率）、智能農(nóng)業(yè)、高值農(nóng)業(yè)（分子設(shè)計(jì)育種、農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源、高值轉(zhuǎn)化、服務(wù)性農(nóng)業(yè)）等。涉及植物和動(dòng)物種質(zhì)資源與現(xiàn)代育種、資源節(jié)約型農(nóng)業(yè)科技、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與食品安全科技、現(xiàn)代化和智能化農(nóng)業(yè)科技等。建立普惠健康保障體系，涉及實(shí)現(xiàn)人口控制與生殖健康、降低重大慢性病的發(fā)生與危害、提高藥物研發(fā)與生物產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新能力等。另外，對(duì)于研究地球的生命現(xiàn)象和過(guò)程而言，空間環(huán)境又是一個(gè)獨(dú)特的參照，對(duì)于深刻地認(rèn)識(shí)生命起源和活動(dòng)的本質(zhì)是無(wú)法模擬和替代的。在上述的服務(wù)中，空間站生命科學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域的研究必然都是大有作為[3、4]。

3 國(guó)際空間站生命科學(xué)研究現(xiàn)狀[5]

國(guó)際空間站是一個(gè)開(kāi)展空間科學(xué)與技術(shù)研究的國(guó)際性和綜合性的大平臺(tái)，許多國(guó)家的科學(xué)家利用國(guó)際空間站開(kāi)展著一系列的空間生命科學(xué)和生物技術(shù)的研究，這些研究基本上代表了當(dāng)前本領(lǐng)域的研究方向和前沿。航天大國(guó)和國(guó)際空間組織都有各自的研究規(guī)劃或計(jì)劃，并在一些研究領(lǐng)域開(kāi)展著有效的國(guó)際合作。國(guó)際空間站上開(kāi)展的科學(xué)研究，除空間生命科學(xué)和生物技術(shù)外，還有對(duì)地觀察、空間物理、空間燃燒、空間材料、空間醫(yī)學(xué)、空間環(huán)境、空間天文、空間通訊、空間站管理、空間科普教育等10多個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)美國(guó)NASA公布的資料，對(duì)國(guó)際空間站前20批考察組（2000年-2009年）開(kāi)展的空間生命科學(xué)和生物技術(shù)的研究概況進(jìn)行了簡(jiǎn)要的調(diào)查和分析。在上述20批空間科學(xué)活動(dòng)中，由于“空間生命科學(xué)和生物技術(shù)”與“空間醫(yī)學(xué)”項(xiàng)目類別的劃分難有確切標(biāo)準(zhǔn)，因而空間生命科學(xué)和生物技術(shù)研究項(xiàng)目所占比例大致在20%-30%，最高批次可以超過(guò)40%，可見(jiàn)其重要性。從人類長(zhǎng)期空間活動(dòng)考慮，涉及航天員健康的空間醫(yī)學(xué)研究項(xiàng)目的安排也明顯較多。“空間生命科學(xué)和生物技術(shù)研究”與“空間醫(yī)學(xué)”項(xiàng)目的合計(jì)比例高達(dá)50%以上。

3.1 空間基礎(chǔ)生物學(xué)研究

空間基礎(chǔ)生物學(xué)的研究目標(biāo)是要闡明生物，包括植物、動(dòng)物、微生物對(duì)空間環(huán)境響應(yīng)的機(jī)制和適應(yīng)的對(duì)策。在植物方面的研究有：以模式實(shí)驗(yàn)植物擬南芥為研究對(duì)象，研究其重力感知，信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和向重性；根向重性的新感應(yīng)機(jī)制的分析；重力感應(yīng)閾加速度；重力相關(guān)基因；轉(zhuǎn)基因擬南芥基因表達(dá)系統(tǒng)；細(xì)胞壁/反義遺傳學(xué)途徑；探索微重力條件下擬南芥支撐組織中細(xì)胞壁動(dòng)力學(xué)的基因作用和植物抗重力中微管-膜-細(xì)胞壁連續(xù)體的作用、形成層的影響；在不同的重力水平中擬南芥根的波動(dòng)和卷曲；微重力對(duì)擬南芥多代影響的分子和植物生理的分析；空間微重力環(huán)境導(dǎo)致水稻DNA甲基化水平改變的表觀遺傳學(xué)分析等。另外的研究還有光合作用實(shí)驗(yàn)和系統(tǒng)測(cè)試和運(yùn)行、建立NASA生物樣本庫(kù)等。利用植物普通生物實(shí)驗(yàn)裝置有商品化普通型生物處理裝置等。確立利用現(xiàn)有飛行資源的植物生產(chǎn)單元的協(xié)議、程序和要求。在動(dòng)物方面的研究有：人腎臟皮質(zhì)上皮細(xì)胞系和人結(jié)腸癌細(xì)胞培養(yǎng)及標(biāo)志分子表達(dá)研究；空間站培養(yǎng)的哺乳動(dòng)物細(xì)胞中抑癌基因的表達(dá)分析；在空間站長(zhǎng)期停留后人體神經(jīng)內(nèi)分泌和免疫反應(yīng)的改變；利用細(xì)胞培養(yǎng)模塊研究微重力條件下人體單核細(xì)胞的免疫反應(yīng)；微重力對(duì)動(dòng)物造血系統(tǒng)的影響；微重力環(huán)境中鵪鶉耳石系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能改變以及胚胎期鵪鶉的骨骼發(fā)育；微重力條件下線蟲(chóng)生理學(xué)研究；空間飛行期間異丙嗪的生物功效和性能改變等。在微生物方面的研究有：空間鏈球菌的基因表達(dá)；空間飛行對(duì)微生物基因表達(dá)和毒力的影響；空間環(huán)境對(duì)航天飛機(jī)攜帶的細(xì)菌孢子的影響；表面、水分和空氣生物學(xué)特征（在飛船環(huán)境中微生物和過(guò)敏原的特點(diǎn)）；微重力條件下微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)；在空間真菌致病；空間飛行期間散布的潛在病毒的影響；空間飛行誘導(dǎo)潛在病毒的再活化；微生物的抗藥毒力；集于1張芯片實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用開(kāi)發(fā)（便攜式測(cè)試系統(tǒng)）；酵母組活化包等，建立實(shí)驗(yàn)微生物系統(tǒng)的無(wú)源觀察等。

3.2 空間生物技術(shù)研究

空間生物技術(shù)研究主要包括兩個(gè)部分，一是空間細(xì)胞培養(yǎng)和三維組織構(gòu)建研究，利用細(xì)胞生物技術(shù)操作支持系統(tǒng)研究了人類腎皮質(zhì)細(xì)胞三維生長(zhǎng)和產(chǎn)生紅細(xì)胞生成素和維生素的能力；人繆勒氏卵巢癌細(xì)胞系的三維生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)了三維生長(zhǎng)條件下細(xì)胞及組織形態(tài)的發(fā)生，并研究了細(xì)胞周期蛋白和細(xì)胞癌蛋白的變化；空間培養(yǎng)神經(jīng)內(nèi)分泌嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞驗(yàn)證細(xì)胞發(fā)生分化時(shí)釋放兒茶酚胺，及抑制疼痛的功能；哺乳動(dòng)物細(xì)胞分泌重組人促紅細(xì)胞生成素等。二是生物大分子（蛋白質(zhì)）自組裝研究，研究蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系以及分子組裝規(guī)律和技術(shù)，對(duì)于發(fā)展精確的生物制造技術(shù)具有重大意義。隨著相關(guān)知識(shí)和技術(shù)的積累，今后我們將能根據(jù)需求設(shè)計(jì)和制造各種蛋白質(zhì)分子機(jī)器/元器件，進(jìn)而裝配出各種組織結(jié)構(gòu)，乃至生命個(gè)體。蛋白質(zhì)分子尺度多為納米量級(jí)，部分分子及其聚集體達(dá)到亞微米。這種情況下，重力對(duì)生物大分子聚集體形成的影響變得顯著起來(lái)?？茖W(xué)家們使用有序性高的蛋白質(zhì)晶體，可以研究出更精細(xì)的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，為更深入揭示生命的奧秘和構(gòu)建/組裝新的蛋白質(zhì)分子機(jī)器奠定基礎(chǔ)。在國(guó)際空間站上開(kāi)展的主要研究有：利用蛋白質(zhì)晶體生長(zhǎng)（單室熱封閉系統(tǒng)）研究：改善晶體衍射質(zhì)量、基因表達(dá)調(diào)節(jié)、蒸汽平衡動(dòng)力學(xué)研究、微重力中膜蛋白晶化、線粒體代謝運(yùn)轉(zhuǎn)蛋白的晶化、為衍射設(shè)備設(shè)計(jì)一種核酶、材料科學(xué)的晶體生長(zhǎng)模式系統(tǒng)、基于同步加速器的晶體質(zhì)量和理論模型的鑲嵌性測(cè)定等。先進(jìn)蛋白質(zhì)晶體生長(zhǎng)裝置研究：溶液流和蛋白質(zhì)晶體的分子失序、高質(zhì)量晶體生長(zhǎng)、鐵蛋白晶體生長(zhǎng)、微重力中人類低密度脂蛋白細(xì)分部分晶化、微重力中蛋白質(zhì)晶化、微重力中視紫質(zhì)晶化、檢驗(yàn)微重力蛋白質(zhì)晶化新趨勢(shì)研究等。還研究了動(dòng)態(tài)受控蛋白質(zhì)晶體生長(zhǎng)，實(shí)施日本空間探索局結(jié)晶裝置高質(zhì)量蛋白質(zhì)結(jié)晶計(jì)劃，通過(guò)數(shù)字全息成像顯微鏡監(jiān)視蛋白質(zhì)晶體生長(zhǎng)等。

3.3 空間輻射生物學(xué)研究

空間輻射生物學(xué)是研究空間環(huán)境對(duì)生命物質(zhì)產(chǎn)生輻射生物學(xué)效應(yīng)的一門(mén)科學(xué)，研究涉及空間輻射防護(hù)，空間輻射預(yù)警，空間輻射損傷，空間輻射醫(yī)學(xué)，生物進(jìn)化和空間輻射生物學(xué)資源開(kāi)發(fā)等重要問(wèn)題和應(yīng)用。因此，各航天大國(guó)的深空探測(cè)和空間資源開(kāi)發(fā)利用戰(zhàn)略中，都把空間輻射生物學(xué)研究放在突出位置。

圍繞著空間輻射生物學(xué)效應(yīng)監(jiān)測(cè)，主要研究的是臨床指標(biāo)、細(xì)胞遺傳學(xué)指標(biāo)、基因突變指標(biāo)等多種。這些指標(biāo)各有利弊，互相補(bǔ)充，其中細(xì)胞遺傳學(xué)指標(biāo)發(fā)展最為成熟，并已得到廣泛應(yīng)用。美國(guó)NASA專門(mén)組織召開(kāi)了一次以空間輻射損傷與生物劑量學(xué)為專題的討論會(huì)，將染色體畸變分析方法應(yīng)用于空間輻射的生物劑量估計(jì)是會(huì)議討論的焦點(diǎn)之一。隨著對(duì)空間輻射危害認(rèn)識(shí)的深入，對(duì)空間輻射的認(rèn)識(shí)發(fā)生了一些大的變化，空間站外部存在很強(qiáng)的混合粒子輻射，盡管空間站內(nèi)的輻射水平有所降低，但進(jìn)入空間站的輻射粒子即使在很低的劑量下仍然有很大的輻射損傷危害。目前在地面實(shí)驗(yàn)中，對(duì)低LET射線的劑量學(xué)量的測(cè)量已達(dá)到較高水平，而高LET輻射劑量學(xué)量測(cè)量技術(shù)及估算技術(shù)水平不高，有些輻射劑量學(xué)特征量，在空間輻射環(huán)境下不確定性很大，可靠性很差?？臻g站上的輻射生物學(xué)研究多數(shù)圍繞對(duì)航天員的危害方面，特別是在未來(lái)深空飛行環(huán)境中，主要的研究是航天輻射引起的致癌效應(yīng)，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷，輻射與其它航天因素如微重力、有害氣體的復(fù)合作用影響，輻射早期或急期的損傷，輻射對(duì)生殖、不育和遺傳的危害等輻射生物學(xué)效應(yīng)的系統(tǒng)研究。

3.4 空間受控生態(tài)生命保障系統(tǒng)研究

空間受控生態(tài)生命保障系統(tǒng)的研究都有一定的規(guī)模和獨(dú)立性，而且處于起步階段，因而，國(guó)際空間站上直接體現(xiàn)空間生態(tài)生命保障系統(tǒng)研究的項(xiàng)目相對(duì)比較少，主要有：生物質(zhì)生產(chǎn)系統(tǒng)；確定先進(jìn)宇宙栽培技術(shù)手冊(cè)；低重力實(shí)驗(yàn)中根區(qū)基質(zhì)的優(yōu)化等。另外，空間基礎(chǔ)生物學(xué)中的一些研究，在一定程度上，也是空間生命生態(tài)支持系統(tǒng)建立的科學(xué)理論基礎(chǔ)。

但是，利用其它航天器或在地面開(kāi)展的研究還是多種多樣的。當(dāng)前，共同探索的可行途徑是NASA首先提出的先進(jìn)生命保障系統(tǒng)（Advanced Life Support System，ALSS或ALS）的研究，其目的是為人類長(zhǎng)期載人航天奠定必不可少的基礎(chǔ)，為提供航天成員食物、水和空氣。在遠(yuǎn)期的受控生態(tài)生命保障系統(tǒng)（Controlled Ecological Life Support System，CELSS）研究方面，最主要的成績(jī)體現(xiàn)在CELSS的功能研究方面。因此，該項(xiàng)目涉及的研究和技術(shù)被NASA和ESA列為在空間生物學(xué)領(lǐng)域處于最優(yōu)先支持的方向。目前世界上所取得的主要進(jìn)展有：①俄羅斯的BIOS實(shí)驗(yàn)；②美國(guó)的封閉生態(tài)系統(tǒng)研究，主要是在NASA的約翰遜航天中心、肯尼迪航天中心、艾姆斯研究中心，一些大學(xué)和航空航天公司中進(jìn)行。他們都是通過(guò)自己建造的地基受控植物生長(zhǎng)艙來(lái)開(kāi)展研究；③ESA的CELSS研究，建造了一個(gè)面積215 m2，容積643 m3，功率達(dá)26kW的密封生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)床，一個(gè)以微生物為基礎(chǔ)的人工微型生態(tài)系統(tǒng)，一個(gè)以微藻和昆蟲(chóng)為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)性密封生態(tài)生保系統(tǒng)；④日本的封閉系統(tǒng)研究，日本國(guó)家空間實(shí)驗(yàn)室把注意力集中在氣體循環(huán)（O2和CO2分離和濃縮）體系、水循環(huán)體系、植物和藻類的生理和培養(yǎng)技術(shù)，以及動(dòng)物生理和喂養(yǎng)等。日本還設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)“迷你地球”。作為技術(shù)支撐，各主要航天國(guó)家都研制了一批適應(yīng)空間站研究必須的空間研究裝置和地面模擬研究裝置。

4 我國(guó)空間站生命科學(xué)和生物技術(shù)研究目標(biāo)、任務(wù)和內(nèi)容

20世紀(jì)80年代后期以來(lái)，我國(guó)科技工作者經(jīng)歷了利用高空氣球、探空火箭、返回式衛(wèi)星、飛船等技術(shù)手段，開(kāi)展科學(xué)研究的不同階段，特別是1992年載人航天工程實(shí)施以來(lái)，進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)比較有計(jì)劃、穩(wěn)定和系統(tǒng)的研究時(shí)期，研究條件有所改善，發(fā)展了一批空間研究技術(shù)和實(shí)驗(yàn)裝置、地面模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)和裝置、獲得了一批有益的研究成果，并取得了開(kāi)展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的直接經(jīng)驗(yàn)。

4.1 我國(guó)空間站生命科學(xué)和生物技術(shù)研究目標(biāo)和任務(wù)

空間生命科學(xué)和生物技術(shù)作為空間科學(xué)和技術(shù)的重要組成部分，在許多涉及國(guó)家重大需求方面，如發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、保障人類健康等方面，空間生命科學(xué)與生物技術(shù)都是可以有所作為的?？臻g站突出的資源特點(diǎn)在于可以獲得持續(xù)的微重力環(huán)境以及航天員在軌操作、維護(hù)、更換的能力。在艙外暴露平臺(tái)上，可以利用外太空的輻射、高真空、全譜段太陽(yáng)照射等條件開(kāi)展研究?？臻g生命科學(xué)與生物技術(shù)的核心任務(wù)目標(biāo)應(yīng)成為國(guó)家促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展、保障國(guó)民健康提高、維持航天員空間生存能力的重要依托部分之一。我國(guó)空間站上開(kāi)展該領(lǐng)域研究必須面向國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)進(jìn)步、科學(xué)發(fā)展等重大需求，服務(wù)于促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、提高國(guó)民健康水平、保障航天員空間生存能力，其基本任務(wù)是：

（1）以促進(jìn)對(duì)生命現(xiàn)象本質(zhì)的理解和認(rèn)知，探索科學(xué)規(guī)律，推進(jìn)知識(shí)創(chuàng)新為目標(biāo)，開(kāi)展基礎(chǔ)生物學(xué)和生命起源研究。

（2）以有助于保障人類豐衣足食和健康為目標(biāo)，開(kāi)展空間相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的研究，特別是促進(jìn)地面農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和環(huán)境生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

（3）以人在空間的長(zhǎng)期活動(dòng)，以及未來(lái)拓寬人類生存疆域?yàn)槟繕?biāo)，研究相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題和生物保障技術(shù)，促進(jìn)必要的技術(shù)儲(chǔ)備。

4.2 我國(guó)空間站生命科學(xué)和生物技術(shù)研究?jī)?nèi)容

針對(duì)當(dāng)前以及今后學(xué)科發(fā)展過(guò)程中可能出現(xiàn)的重要科學(xué)問(wèn)題，應(yīng)考慮如下主要科學(xué)方向和研究?jī)?nèi)容：

（1）生物的不同物種和生命活動(dòng)不同層次在空間微重力環(huán)境下的基礎(chǔ)生物學(xué)研究，探討微重力環(huán)境對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能和特性的影響及其分子機(jī)理，對(duì)生物個(gè)體發(fā)生、生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖、衰老和生物節(jié)律的影響，并以現(xiàn)代“組學(xué)”的概念和研究技術(shù)，開(kāi)展生物功能調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究。

（2）空間微重力環(huán)境下生物的不同物種和生命活動(dòng)不同層次的生物力學(xué)機(jī)制和感知、傳導(dǎo)與響應(yīng)微重力的力學(xué)-生物學(xué)耦合規(guī)律；其它空間環(huán)境因素，如輻射、亞磁環(huán)境等，對(duì)生命體不同層次的短期和長(zhǎng)期影響及其與微重力環(huán)境的復(fù)合效應(yīng)。

（3）利用空間特殊條件，通過(guò)生物技術(shù)或其它應(yīng)用技術(shù)獲得創(chuàng)新的生物材料、藥物和醫(yī)療技術(shù)等，獲取新的認(rèn)知，并指導(dǎo)和促進(jìn)地面農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)境生物技術(shù)研究。

（4）空間條件下，生物的不同物種和生命活動(dòng)不同層次的輻射生物學(xué)研究，評(píng)估空間輻射生物學(xué)效應(yīng)（損傷和修復(fù)、遺傳和變異等），宏觀/微觀的過(guò)程及其機(jī)理，構(gòu)建空間輻射生物學(xué)效應(yīng)的分析模型以及輻射損傷的預(yù)防和輻射效應(yīng)的利用。

（5）受控生態(tài)生命支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)問(wèn)題研究，包括構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的基本生物單元、所采用的生物材料、生物學(xué)體系、生態(tài)平衡機(jī)理與調(diào)控、空間環(huán)境響應(yīng)、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)等。

（6）適應(yīng)空間極端環(huán)境的生物分子設(shè)計(jì)和合成生物學(xué)，生命起源演化和宇宙生物學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)研究。

（7）研究滿足空間生命科學(xué)和生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究需求的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)裝置，以及在軌的高精度、小型化的生態(tài)和生物學(xué)參數(shù)監(jiān)視、檢測(cè)、分析、測(cè)量?jī)x器和調(diào)控、供給等技術(shù)方法和設(shè)備。特別要關(guān)注新方法、新技術(shù)、新設(shè)備的出現(xiàn)和在空間的應(yīng)用。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，還不斷會(huì)有無(wú)法預(yù)料的、新的科學(xué)問(wèn)題的提出，特別是處于學(xué)科的前沿，需要不同學(xué)科交叉研究的重大科學(xué)問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行安排和組織開(kāi)展研究。

5 對(duì)我國(guó)空間站生命科學(xué)和生物技術(shù)研究的建議

空間生命科學(xué)和生物技術(shù)的重要理論與應(yīng)用意義印證了開(kāi)展該領(lǐng)域研究的必要性和迫切性。從更大、更遠(yuǎn)和更高的視角分析，這種研究的必要性和迫切性更源自于，中國(guó)作為一個(gè)大國(guó)和強(qiáng)國(guó)一定要在當(dāng)前空間科學(xué)與技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)中，對(duì)空間資源的控制權(quán)和利用權(quán)的掌握，占有一定的地位，甚至優(yōu)勢(shì)的地位。當(dāng)前，在空間生命科學(xué)和生物技術(shù)研究領(lǐng)域中以下重要科學(xué)問(wèn)題值得非常關(guān)注，即深入認(rèn)識(shí)空間環(huán)境中，生物復(fù)雜系統(tǒng)中的功能調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；認(rèn)識(shí)生命體各層次對(duì)重力變化感知和適應(yīng)的力學(xué)-生物學(xué)耦合機(jī)制；利用空間特殊條件，通過(guò)生物技術(shù)，獲得創(chuàng)新的材料、藥物和醫(yī)療技術(shù)；構(gòu)建空間輻射生物學(xué)效應(yīng)分析模型和技術(shù)，評(píng)估空間輻射損傷和防護(hù)；設(shè)計(jì)和構(gòu)建穩(wěn)定運(yùn)行的受控生態(tài)系統(tǒng)和人工生物圈；開(kāi)展適應(yīng)空間環(huán)境的生物物種的生物分子設(shè)計(jì)和合成生物，探索生命起源；設(shè)計(jì)適應(yīng)上述研究的空間研究實(shí)驗(yàn)裝備。世界各空間大國(guó)對(duì)空間生命科學(xué)與生物技術(shù)的重視程度告誡我們，必須長(zhǎng)期地、不失時(shí)機(jī)地組織和實(shí)施該領(lǐng)域的研究。在深入分析和慎重考慮的基礎(chǔ)上，及時(shí)制定我國(guó)空間站生命科學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域研究的發(fā)展規(guī)劃，以及階段性的研究項(xiàng)目指南。

5.1 要注重項(xiàng)目科學(xué)上的前瞻性和創(chuàng)新性

到我國(guó)空間站建成將有十年左右的時(shí)間，選擇的項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)面向國(guó)際空間生命科學(xué)發(fā)展的前沿和今后發(fā)展趨勢(shì)，體現(xiàn)前瞻性、創(chuàng)新性，以推動(dòng)我國(guó)該領(lǐng)域研究走向世界前列。特別值得注意的是科學(xué)研究項(xiàng)目所提出的科學(xué)問(wèn)題，真正是空間科學(xué)的基本問(wèn)題，避免將地面科學(xué)問(wèn)題的簡(jiǎn)單“升空”。

5.2 技術(shù)上要體現(xiàn)空間站研究的不可替代性、必要性和可行性

選擇的項(xiàng)目特別要著重于在空間站開(kāi)展該研究的不可替代性或必要性，體現(xiàn)出空間站研究的價(jià)值。以及當(dāng)時(shí)技術(shù)條件和設(shè)備邊界條件的可行程度，不是簡(jiǎn)單的研究裝置從地面移到空間站。

5.3 裝置上要確保研究的高水準(zhǔn)和高成功率

加強(qiáng)對(duì)空間生命科學(xué)和生物技術(shù)研究所涉及的關(guān)鍵技術(shù)、新技術(shù)方法和高性能材料、器件、儀器等組織開(kāi)展研究，為空間研究提供必要的技術(shù)基礎(chǔ)，以確保其研究的高水準(zhǔn)和高成功率。

5.4 對(duì)研究隊(duì)伍要強(qiáng)調(diào)空間研究的基礎(chǔ)和積累

空間研究的特殊性，決定了該研究費(fèi)力、費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢(qián)，而且機(jī)會(huì)難得。為了確?？臻g研究的效率和成功，必需強(qiáng)調(diào)研究團(tuán)隊(duì)不僅要有地面模擬研究的基礎(chǔ)，還要有空間研究的基礎(chǔ)、經(jīng)驗(yàn)和積累；不僅要有明確的科學(xué)問(wèn)題研究積累，還要有科學(xué)家團(tuán)隊(duì)與技術(shù)專家團(tuán)隊(duì)之間的磨合和溝通。既要有經(jīng)驗(yàn)豐富的科學(xué)家，更要有甘于奉獻(xiàn)、持之以恒的中青年骨干。 ◇

［1］中國(guó)科學(xué)院.科技革命與中國(guó)的現(xiàn)代化——關(guān)于中國(guó)面向2050年科技發(fā)展戰(zhàn)略的思考［M］.北京：科學(xué)出版社，2009.

［2］中國(guó)科學(xué)院空間領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組.中國(guó)至2050年空間科技發(fā)展路線圖［M］.北京：科學(xué)出版社，2009.

［3］胡文瑞.中國(guó)空間科學(xué)進(jìn)展（文集）［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1995.

［4］江丕棟.空間生物學(xué)［M］.山東：青島出版社，2000.

［5］NASA.ISS Experiments.http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/Expedition.html，2011