孿生宇航員對(duì)比研究揭示太空生活真相

一項(xiàng)關(guān)于孿生宇航員的對(duì)比研究表明，宇航員長(zhǎng)期生活在太空環(huán)境下，會(huì)從微觀的分子和基因，到具體的生理和行為都產(chǎn)生種種改變，而且這些變化大多是有風(fēng)險(xiǎn)的。

南方周末特約撰稿 張?zhí)锟?/p>

2019年4月12日的美國(guó)《科學(xué)》雜志封面文章發(fā)表的是美國(guó)宇航局（NASA）一項(xiàng)關(guān)于孿生宇航員的大規(guī)模對(duì)比研究結(jié)果。研究對(duì)象是美國(guó)同卵雙胞胎宇航員弟弟斯考特·凱利（Scott Kelly）和哥哥馬克·凱利（Mark Kelly）。

在雙胞胎兄弟50歲的2015年，弟弟斯考特前往國(guó)際空間站工作一年，哥哥馬克留在地上工作。從2015年3月27日到2016年3月1日，斯考特在空間站的所有情況都受到監(jiān)測(cè)，并通過補(bǔ)給太空船，將其在太空站的血液、尿液及糞便樣本，以及其他生理數(shù)據(jù)送回地球檢測(cè)，再與哥哥馬克在地球的生理記錄作對(duì)照研究。

凱利兄弟二人形成天上人間的對(duì)照者，而且在一年任務(wù)期滿斯考特返回地球后，還對(duì)兄弟倆的狀況進(jìn)行對(duì)比研究?，F(xiàn)在，經(jīng)過3年的研究，《科學(xué)》雜志發(fā)表了20頁(yè)的研究報(bào)告。

人類是否適宜移民地球之外的太空，無(wú)論是火星還是月球，一直沒有較多的可靠科學(xué)證據(jù)。此次的研究可能給予了部分回答。因?yàn)椋裰挥?59人離開過地球在太空生活過，其中，屈指算來，在太空生活超過300天以上的人只有8位。在太空生活了其實(shí)不到一年的斯考特與其生活在地球上的孿生兄弟馬克不僅是最好的研究對(duì)象，而且也得出了迄今比較全面和翔實(shí)的研究結(jié)果，因?yàn)樗麄兙哂邢嗤幕颉?/p>

NASA的研究規(guī)模龐大，設(shè)計(jì)了10個(gè)研究項(xiàng)目，包括雙胞胎宇航員的認(rèn)知能力、生化水平、表觀遺傳學(xué)、基因表達(dá)、免疫系統(tǒng)、代謝能力、微生物組、蛋白質(zhì)組、生理學(xué)和端粒長(zhǎng)度10大內(nèi)容，由12所大學(xué)的八十多名科學(xué)家共同參與和設(shè)計(jì)，并進(jìn)行研究。

對(duì)凱利兄弟倆的對(duì)比研究除了是一個(gè)在天上一個(gè)在地下的兄弟之間的對(duì)比，也進(jìn)行了對(duì)斯考特自身在上天前、上天之間，以及從天上回來之后的大量數(shù)據(jù)對(duì)比研究。研究總體結(jié)果表明，宇航員長(zhǎng)期生活在太空環(huán)境下，會(huì)從微觀的分子和基因，到具體的生理和行為都產(chǎn)生種種改變，而且，這些變化大多是有風(fēng)險(xiǎn)的。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的大小，由高到低分為三級(jí)。

最高級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)是基因和分子變化。斯考特一些細(xì)胞里的染色體片段發(fā)生了突變、倒置，特別是與免疫系統(tǒng)有關(guān)的基因表達(dá)出現(xiàn)了異常；斯考特的DNA甲基化率要比馬克的小一些，但這種差異最大時(shí)也不超過5%；另外，斯考特染色體上的端粒也發(fā)生了變化，在太空期間端粒明顯延長(zhǎng)，在回到地球后端粒又加速縮短。不過，斯考特的基因中大約90%的變化已經(jīng)復(fù)原，但還是有8.7%的基因變化至今仍未恢復(fù)。

研究人員認(rèn)為，太空中的輻射、零重力環(huán)境等是造成基因突變的重要原因，其中，高能宇宙粒子能穿過細(xì)胞，因而可能造成了斯考特的基因突變和端粒變長(zhǎng)。斯考特在2015-2016年間完成任務(wù)的太空站，正好處于高能帶電粒子范艾倫（Van Allen）輻射帶下方，輻射量是地球的48倍。地球上造成對(duì)斯考特基因這樣的損傷大約需要50年，但是，在太空的輻射背景下，還不到1年的時(shí)間就會(huì)造成這樣的后果。

而且，在太空中斯考特的端粒變長(zhǎng)并非意味著其壽命可能延長(zhǎng)（端粒決定細(xì)胞分裂周期和長(zhǎng)度，端粒長(zhǎng)壽命也長(zhǎng)），因?yàn)檫@是一種在太空中受到環(huán)境影響的突然變化，而且在返回地球后斯考特的端粒就迅速?gòu)?fù)原并縮短。這意味著，斯考特既有患癌的風(fēng)險(xiǎn)（許多癌變的第一步就是延長(zhǎng)端粒，讓細(xì)胞永生），也有加速衰老的風(fēng)險(xiǎn)。

斯考特在太空的中級(jí)風(fēng)險(xiǎn)是，有心血管方面的改變和未來潛在的病變。在太空中，宇航員是處于失重狀態(tài)，人體內(nèi)的體液分布與在地球上有很大的不同，會(huì)影響到心血管的生理功能。斯考特的頸動(dòng)脈出現(xiàn)擴(kuò)張，頸動(dòng)脈壁的最內(nèi)兩層出現(xiàn)增厚；頸動(dòng)脈外，斯考特的視網(wǎng)膜脈管系統(tǒng)也出現(xiàn)了一定的異常變化，這些變化可能會(huì)導(dǎo)致未來潛在的心腦血管疾病和視力障礙的風(fēng)險(xiǎn)。

斯考特在太空的低級(jí)風(fēng)險(xiǎn)主要體現(xiàn)在腸道菌群變化、體重變化、認(rèn)知能力下降等方面。在人體內(nèi)，超過90%的腸道菌群來自厚壁菌（Firmicutes）和擬桿菌（Bacteroidetes）。通過比對(duì)斯考特在太空中的腸道菌群，發(fā)現(xiàn)其厚壁菌變得更多，擬桿菌數(shù)量則有所降低。但是，當(dāng)斯考特返回地球后，兩種細(xì)菌數(shù)量之間的比例也逐漸恢復(fù)正常。

斯考特在太空體重略為變輕，研究人員認(rèn)為，這是因?yàn)樗箍继貓?zhí)行了嚴(yán)格的體能訓(xùn)練計(jì)劃，并且在飲食上限制了熱量攝入，同時(shí)在太空中吃的食品可能更健康。當(dāng)然，在伴隨體重降低的同時(shí)，斯考特體內(nèi)的葉酸水平也升高了，但原因尚難解釋。不過，回到地球后他的體重和葉酸也恢復(fù)了正常。另外，斯考特的認(rèn)知能力剛好相反，在太空正常，但是在返回地球后有所下降，不過這種情況也是短暫的，過了一段時(shí)間就恢復(fù)正常了。

當(dāng)然，斯考特本人的感受也屬于低風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別。斯考特在剛回到地球的那幾天非常難受，有很長(zhǎng)一段時(shí)間都沒有活力，相當(dāng)疲憊，斯考特稱，“我還以為自己得了流感”。

對(duì)這類低級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，研究人員目前難以有完美的解釋，太空輻射、失重環(huán)境、生物鐘紊亂和宇航員的特殊食物等，都有可能導(dǎo)致這類改變。不過，腸道菌群比例在天上的變化究竟對(duì)人體是有益還是有害，也難下定論。而且，加上此前的航天員返回地面的情況，在太空人體發(fā)生的變化到回到地球后，在六個(gè)月內(nèi)幾乎都會(huì)恢復(fù)到正常。

不過，從各類風(fēng)險(xiǎn)看，人類想要移民太空，最需要克服和避免的就是中級(jí)和高級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樾难茏兓赡軐?dǎo)致生理功能異常，甚至可能導(dǎo)致猝死，而基因突變，則可能導(dǎo)致患癌和壽命減少等。

當(dāng)然，還有一種可能是，探索太空可以，但并非以移民為目標(biāo)，因?yàn)槟菢语L(fēng)險(xiǎn)太大，將會(huì)以健康和生命為代價(jià)，最好的方法就是珍惜、善待、維護(hù)并建好人類的地球家園，讓這個(gè)家園適合于所有人棲息，而且需要升華到詩(shī)意地和可持續(xù)地棲息。