飛向太空的斑馬魚

隨著神舟十八號載人飛船發(fā)射并與空間站對接成功，跟隨乘組一同進(jìn)入太空的斑馬魚也引發(fā)了大家的關(guān)注。那么，斑馬魚究竟是一種什么樣的魚呢？它們又為何有幸成為我國首次“太空養(yǎng)魚”的主角呢？

斑馬魚究竟是什么魚

斑馬魚屬于鯉形目鯉科的硬骨魚類，是一種熱帶魚。斑馬魚的野生種群主要分布于印度東部、孟加拉國、尼泊爾等地的溪流之中。斑馬魚的體側(cè)有5～7條延伸至尾部的水平藍(lán)色條紋，與斑馬類似，故而得名。斑馬魚成年個體體長在3～4厘米之間，壽命3～5年。

斑馬魚集群生活，群體內(nèi)的個體通過相互撕咬和追逐確定社會等級，因此它們被認(rèn)為是一種社會性魚類。通常情況下，一群斑馬魚中等級較高的，會在選擇產(chǎn)卵場位置以及獲取食物資源等方面擁有優(yōu)先權(quán)利。

在野生環(huán)境下，斑馬魚一般都在白天外出活動，以小型甲殼動物、蠕蟲、藻類為食。到了晚上，它們會躲藏在相對安全的礁石下或水草叢等處。

斑馬魚的頭小吻短，體形細(xì)長而略呈紡錘形。它們的雌雄差異僅憑肉眼即可分辨，雄魚的條紋是深藍(lán)色間檸檬色，臀鰭棕黃色并有明顯的條紋，而雌魚全身是藍(lán)色條紋間銀灰色條紋，臀鰭為淡黃色。

自從20世紀(jì)50年代，斑馬魚作為實(shí)驗(yàn)動物被用于毒理學(xué)研究，并取得一系列成功開始，它們就陸續(xù)被應(yīng)用到生命科學(xué)、健康科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的研究中，現(xiàn)在已經(jīng)成為了僅次于大鼠和小鼠的第三大實(shí)驗(yàn)動物，也是一種常用的模式動物。所謂模式動物是實(shí)驗(yàn)動物中的一種，指用于揭示某種具有普遍規(guī)律生命現(xiàn)象的生物物種，又被稱為“活的試劑”。目前，科學(xué)家使用的模式動物主要有嚙齒類、非人靈長類、豬、兔、犬和斑馬魚這6大類。

作為脊椎動物的一員，斑馬魚還擁有其他脊椎動物少有的超強(qiáng)自愈再生能力。研究發(fā)現(xiàn)，斑馬魚的尾鰭被切除后，切口處會被上皮細(xì)胞封閉，隨后上皮細(xì)胞增厚，間質(zhì)細(xì)胞也開始分化增殖，并逐漸形成胚基，僅用兩周的時間就可以迅速再生出完整的尾鰭。另外，斑馬魚的心臟、肝臟、皮膚、脊髓，以及視網(wǎng)膜等器官都可以再生。

為什么選擇斑馬魚

1957年11月，一條名叫萊卡的流浪狗搭乘蘇聯(lián)“斯普特尼克”2號人造衛(wèi)星進(jìn)入太空。因此，萊卡成為了著名的太空犬，蘇聯(lián)為它發(fā)行過郵票，俄羅斯給它建立了紀(jì)念館。然而，萊卡并不是第一種進(jìn)入太空的動物。第一種進(jìn)入太空的動物其實(shí)是果蠅。1946年7月，實(shí)驗(yàn)果蠅被美國“V2火箭”送進(jìn)太空用于研究高空輻射造成的影響。

那么，神舟十八號為何要選擇斑馬魚作為養(yǎng)殖的對象呢？

“太空養(yǎng)魚”應(yīng)該叫在軌水生生態(tài)研究項(xiàng)目，它是中國空間站從征集到的近千個科學(xué)項(xiàng)目中遴選出的項(xiàng)目之一。項(xiàng)目主要內(nèi)容就是以斑馬魚和金魚藻為研究對象，在軌建立穩(wěn)定運(yùn)行的空間自循環(huán)水生生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)我國在太空培養(yǎng)脊椎動物的歷史性突破。

研究發(fā)現(xiàn)，斑馬魚的基因與人類基因相似度高達(dá)87%，其早期胚胎發(fā)育過程跟人類高度相似。這也是斑馬魚成為主要實(shí)驗(yàn)動物的原因之一。同時，斑馬魚與哺乳動物各項(xiàng)機(jī)能相似度很高，它們也有骨骼和肌肉，可以進(jìn)行微重力對肌肉、骨骼系統(tǒng)影響的研究，非常符合神舟十八號任務(wù)的目標(biāo)。

斑馬魚還有一個優(yōu)勢，那就是個體很小，繁殖周期短，產(chǎn)卵量高。神舟十八號的航天員預(yù)計(jì)在軌6個月，在此期間斑馬魚能夠完成數(shù)次繁殖，其胚胎僅需24小時便可發(fā)育成熟，因此更有利于科學(xué)家展開研究。比如，生物學(xué)家可以在同一代魚身上進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而研究病理演化過程并找到病因。

同時，我國對實(shí)驗(yàn)用斑馬魚的繁殖、培育研究都已經(jīng)很成熟。全世界三大斑馬魚資源庫之一就在武漢中科院水生生物研究所。

正因?yàn)橛辛诉@些優(yōu)勢，斑馬魚才成為除了航天員之外，我國空間站迎來的第一種脊椎動物。

航天員在太空如何養(yǎng)魚

“太空養(yǎng)魚”聽起來似乎很簡單，但實(shí)際上非常不容易。

在空間站的微重力條件下，水會“漂”走，同時斑馬魚游動時擺動魚鰭也會將周圍的水“推開”。所以，在太空飼養(yǎng)斑馬魚必須得有一個完全密閉的魚缸，以及能給魚投食、輸氧和給水藻提供照明的保障系統(tǒng)。

要把裝滿水的密閉魚缸以及里面的斑馬魚和金魚藻送上太空并非易事。因?yàn)?，科學(xué)家要保證它們在發(fā)射過程中仍然生龍活虎，才能進(jìn)行下一步的實(shí)驗(yàn)?？茖W(xué)家將特制的太空魚缸稱為小型受控實(shí)驗(yàn)組件，它被安裝在神舟十八號的上行水生支持裝置內(nèi)。

上行水生支持裝置會為太空魚缸提供適宜的溫度以及LED光源，來滿足其內(nèi)的金魚藻進(jìn)行正常的光合作用。光合作用產(chǎn)生的氧氣，反過來能維持水生生態(tài)系統(tǒng)的氧含量平衡，以滿足斑馬魚的需求。

飛船入軌并和空間站對接之后，航天員將它們轉(zhuǎn)移到小型受控生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)?zāi)K中開展在軌實(shí)驗(yàn)，這一模塊位于問天實(shí)驗(yàn)艙的生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜中。各種實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)會記錄下這個生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)生的關(guān)鍵參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳回地面。

在長達(dá)半年的在軌飛行過程中，太空魚缸里面的1升多水、4條斑馬魚、一些金魚藻和微生物將在這個密閉空間中形成一個自給自足的生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。在這個生態(tài)系統(tǒng)中，斑馬魚相當(dāng)于消費(fèi)者，吃進(jìn)食物排泄糞便并呼出二氧化碳；金魚藻相當(dāng)于生產(chǎn)者，它吸收斑馬魚排出的二氧化碳并產(chǎn)生氧氣；微生物則相當(dāng)于分解者，分解斑馬魚排出的糞便，并為金魚藻提供營養(yǎng)物質(zhì)。

如果駐留期間斑馬魚產(chǎn)卵，實(shí)驗(yàn)裝置會將這些魚卵收集并儲存起來，等航天員結(jié)束任務(wù)返回地面時，一并帶回地面以供科學(xué)家繼續(xù)研究。

那么，我們大費(fèi)周章地進(jìn)行“太空養(yǎng)魚”的目的又是什么呢？

在此之前，航天員就進(jìn)行過“太空養(yǎng)蠶”實(shí)驗(yàn)。其目的是在于驗(yàn)證在微重力環(huán)境下，蠶絲的纖維強(qiáng)度、纖維韌性以及纖維粗細(xì)等數(shù)據(jù)。然而，“太空養(yǎng)魚”選擇嬌小的斑馬魚，顯然不是為了水產(chǎn)養(yǎng)殖。

據(jù)相關(guān)科學(xué)家介紹，“太空養(yǎng)魚”是為了更好地了解生物在微重力環(huán)境下的生長機(jī)理，深入探索生物在太空中的適應(yīng)性和生長規(guī)律。這項(xiàng)研究將為以后人類更長時間在太空駐留，建立更為完善的生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)和生命支持系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

小小的斑馬魚原來肩負(fù)了這么艱巨的任務(wù)，讓我們祝福它們和新一任航天員乘組不辱使命，圓滿完成任務(wù)。