把同卵雙胞胎航天員中的一個送上太空，NASA這次證明了什么？

不久前往宿世的知名理論物理學家史蒂芬·霍金曾經指出，人類要想避免沒頂之災，就要在100年內逃離地球。這位天才物理學家認為，地球上的生命很有可能因為某種災難而滅盡，如突如其來的核戰爭、基因工程制造的病毒、某人工智能帶來的威脅等，而且這種風險還在不竭增加。因為地球情況變得越來越不宜居，為了人類的將來，我們必需將目光投標的目的太空。

^{（圖片來歷：百度百科）}

那么，漫漫星際航行，宇宙射線、缺氧情況、幽閉空間等等等等，人類可以或許保存而且順應持久的太空飛翔么？

^{（圖片來歷：www.tooopen.com）}

雙胞胎航天員的"特別任務"

空間情況會對人的身體造當作什么樣的影響呢？這是個很是主要而且根本的問題，因為這關系著將來星際觀光的可行性，以及人類在宇宙中到底能走多遠。多年來，科學家對此問題進行苦苦思考，但愿能獲得真實的數據來進行參考和闡發。

舉個例子，若是我們想知道持久太空飛翔對人體發生的影響，就可以找兩個不異的人來進行對照嘗試：將一小我送入太空，一小我留在地球上，一段時候之后將兩人進行對比，不雅察進入太空的人身上發生了哪些轉變，就能初步知道太空觀光對人體的影響了。

然而，讀者必然也能猜到這個對照嘗試的堅苦之處——宿世上并無完全一樣的兩小我，科學家也就無法找到抱負的嘗試對象。克隆人? No No No，倫理問標題問題前還無解呢。今朝最好的方式莫過于——拿一對同卵雙胞胎作為"嘗試小白鼠"，因為同卵雙胞胎已經是基因相似度最高的人類了（有些研究表白，他們還具有很強的心靈感應）。可是，問題來了，宿世界上的同卵雙胞胎當然不少，可是在身體本質和智力程度兩方面都達到航天員要求的可不多。到哪里去找如許的雙胞胎呢？

無巧不當作書，NASA還真的有這么一對特別的航天員。Scott Kelly和Mark兄弟，他們是汗青上獨一一對同卵雙胞胎航天員，兩兄弟既知足根基的要求，也對太空嘗試有足夠的認知，的確是完美的嘗試對象。

^{Scott Kelly和Mark兄弟（圖片來歷：NASA）}

^{（圖片來歷：NASA）}

雙胞胎對照嘗試的設法最初是由Scott本人提出來的，因為雙胞胎航天員的例子太罕見了，NASA接管了Scott的建議，將各個專業的科學家召集到NASA，起頭進行這個史無前例的對照嘗試。

^{斯科彪炳發前，在隔離室內與玻璃窗與他的雙胞胎兄弟對拳（圖片來歷：NASA）}

2015年3月，Scott Kelly在俄羅斯搭火箭上太空，他的兄弟Mark則留在地球作為對比參照對象。2016年3月，顛末了一年的使命之后，Scott Kelly返回了地球，在Scott執行飛翔使命之前、飛翔時代和返回地球之后，研究人員別離采集了兩個雙胞胎兄弟的DNA樣本，但愿找出太空糊口對人類身心造當作的影響。

那么，在太空飛翔時，人體具體味發生哪些獨特的轉變，會碰到哪些在地球上不會碰到的問題，科學家是如何去詮釋這些轉變，又會給出什么樣的結論呢？

"雙胞胎嘗試"謎底揭曉

2018年1月，在NASA舉辦的人類研究打算2018年調查員鉆研會上，NASA發布了他們的新發現。研究人員稱，在太空中時，Scott的一些基因表達發生了轉變，并且回到地球幾個月后，此中7％的基因表達仍然沒有恢復到飛翔前的狀況。

^{（圖片來歷：新浪微博）}

太空飛翔對基因與染色體的影響

①基因表達轉變

按照太空飛翔對照嘗試，威爾康奈爾醫學院頒發了一篇關于"太空基因"的論文，他們研究了太空情況對雙胞胎兄弟RNA和DNA化學轉變的影響，他們提出，固然93%的基因表達在Scott返回地球后恢復正常，可是仍然稀有百個"太空基因"處于紊亂狀況。

這個所謂的"太空基因"是什么呢？其實沒那么神秘啦，只是遺傳學家用的一個術語，用來指代純粹由航天飛翔而導致的基因表達呈現異常轉變的那些基因。

基因表達是一個受調控的過程，具有時候和空間的特異性。例如，按照功能需要，某一特心猿意馬基因的表達將嚴酷按特心猿意馬的時候挨次發生，或者是在個別發展的過程中，某種基因產品會在個別按照分歧組織空間挨次呈現。并且基因表達也會因為外界的刺激發生轉變，生物體所處的內、外情況是在不竭轉變的，經由過程調控基因的表達，可以使得生物體表達出合適的卵白質分子，以便更好地順應情況。在對照嘗試中，研究人員不雅察到的雙胞胎基因表達的轉變就是身體對空間飛翔情況的一種應激反映。

那么，7％的基因表達改變是一件很了不起的工作嗎？并不是哦，這只長短常小的一個基因表達轉變，這種反映與人在壓力情況中，或者人在爬山或潛水時的情況內呈現的反映相似。基因表達發生異常轉變，這是一個很主要的旌旗燈號。固然今朝的研究還不克不及形當作確定性的結論，但不成否定的是，基因表達轉變可能會對免疫系統、骨骼組成、DNA損掉修復等發生持久的影響，進而影響人類對情況的順應能力以及衰老的速度。

②端粒增加之謎

經由過程太空飛翔嘗試，科學家發現一個有趣的現象：Scott的端粒平均長度被發現顯著增加，返回地球后的48小時內，Scott的端粒長度則又縮短，然后不變在飛翔前的程度。而在地球上的Mark，端粒長度則一向連結著相對不變。

端粒，是存在于真核細胞線狀染色體結尾的一小段DNA-卵白質復合體，它是染色體結尾的"庇護使者"，庇護染色體不被"磨損"失落。端粒就像鞋帶結尾的阿誰小帽，連結著鞋帶的完整性，當這個小帽磨損，鞋帶就不完整了。一旦端粒磨損、耗盡，染色體將無法正常割裂，細胞的更新也就走標的目的終止。

^{（圖片來歷：www.weixinnu.com）}

是以，端粒的無缺水平，可以或許表白細胞割裂潛力的巨細：端粒越短，表白細胞的再生能力越小，殘剩的割裂次數慢慢迫近極限，細胞壽命越短；端粒越長，則意味著細胞的再生能力越強，殘剩的割裂次數更多，機體組織將連結"年青"。跟著人的春秋增加，若端粒耗損殆盡，細胞將會慢慢走標的目的凋亡，端粒的加長也意味著衰老速度的減緩。

客不雅地說，Scott的端粒耽誤的機制還不是很清晰。研究人員猜測是因為在太空中，Scott執行了嚴酷的體能練習打算，而且在飲食上限制了熱量攝入。在執行使命過程中，Scott的體重下降，并陪伴著體內葉酸程度的升高，因而一個很可能的原因是太空中Scott吃的食物更健康。Scott的體重下降和葉酸增添與端粒耽誤的研究成果相吻合，這暗示更健康的糊口體例可能會使得端粒耽誤。若是是這個原因，地球上的人們經由過程節食加活動延緩衰老確實是可以的哦，這對地球上的人們來說是個好動靜。

^{（圖片來歷：m.sohu.com）}

太空飛翔對免疫系統的影響

空間糊口對航天員身體造當作危險，航天員免疫系統會發生顯著轉變。

^{航天員在太空中抽血（圖片來歷：NASA）}

1血液樣本的過度反映

在身體蒙受不良情況時，人會呈現壓力。航天員血液樣本在空間站內以-80℃前提進行保留后帶回地球時，僅有少量冷凍血液樣本得以當作功進行闡發，年夜大都帶回來的新穎血液樣本都被常見致病原體污染，如真菌、細菌、皰疹等。免疫系統對一些新呈現的威脅反映強烈，具體原因不明，但這意味著因為怪異的情況壓力，免疫系統順應了空間站上的無菌情況。

研究發現，有航天員的血液樣本中呈現過度反映，并陪伴著嚴重的免疫按捺，后續研究還將對航天員血液進行現場闡發。為解除掉重影響，進一步的研究將在地球上近似情況下進行，將從南極研究基地獲取自愿者血液樣本。

2功能性免疫

在長時候的空間飛翔或深空探測使命中若何更好地保障航天員的身體健康，這是個很是主要的問題。功能性免疫是國際空間站進行的一項新研究，摸索了以前未研究的身體免疫應答范疇以及空間飛翔是否會影響航天員對疾病的易感性。

免疫系統是生物布局和過程的復雜連系，某一方面機能的闌珊即可導致人體內疾病風險的增添。研究顯示微重力下會有免疫系統潤色，這可能會造當作一些航天員中呈現皮疹、異常過敏和潛在的病毒激活。在微重力下，甚至在地球上的壓力狀況下，免疫系統任何時辰都可能被減弱。而在深空使命中，免疫系統將在較長的時候內表露于微重力情況中，科學家正在盡力在使命起頭之前對免疫問題進行界說，并擬定緩解免疫系統問題的相關辦法。

今朝的功能性免疫研究成立在其他免疫學研究的根本之上，聚焦于以前未研究的方面，以便更好地表征航天飛翔對整個免疫系統的影響。領會在飛翔中免疫系統若何工作將指導將來可能需要的成長對策，研究的成果將不僅僅對航天員帶來益處。除了在發病之前檢測和治療疾病的能力之外，開辟用于不變運輸樣品的方式可用于地球上的免疫研究，例如在不輕易有嘗試室前提的地域。

這項研究的第一個方針是完當作免疫系統的判定，表征完當作后，即可打算抵制潛在的臨床風險，使人類的"火星之旅"打算更進一步。

太空飛翔對心血管健康的影響

據宿世界衛生組織統計，心血管疾病是全球頭號死因。NASA但愿包管航天員在太空飛翔使命時代的心臟健康，進行生物醫學研究預防心臟病也是NASA人類研究項目標主要內容。

NASA心血管和視覺嘗試室的首席科學家Stuart Lee研究航天對心血管系統的影響，Cardio Ox是其帶領的嘗試室最新研究之一，旨在探討太空飛翔對航天員心血管心理的影響。Cardio Ox將幫忙科學家確定在太空飛翔過程中特心猿意馬的心理應力是否增添，血管系統和功能是否受到影響。研究將測量航天員頸動脈和肱動脈的布局和功能，以及其血液和尿液中氧化壓力和炎癥生物標識表記標幟。

1心臟功能

研究顯示航天飛翔將導致航天員心肺血量增添、心臟做功削減、心肌萎縮、心率下降、心律不齊等心臟布局和功能的改變，最終導致心臟功能下降。

在中、持久航天飛翔中，因為重力缺掉、勾當削減、代謝需求降低，機體維持在低動力狀況，心臟也順應性地處于低動力程度，從而使心肌布局發生退行性改變，縮短機能下降，泵血能力也隨之降低，心肌做功削減，心肌萎縮，這可能是引起心血管脫順應發生的主要原因之一。

心血管系統功能掉調將會威脅航天員健康、影響航天員正常工作，"聯盟TM2一和平號"航天員拉維金因心臟多次呈現期前縮短而被迫終止飛翔使命提前返回。

② 動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是一種由脂質、膽固醇、鈣和其他物質構成的斑塊在血管內形當作而引起的慢性炎癥疾病。人體內血脂程度異常與動脈粥樣硬化的發生及成長緊密親密相關。

^{動脈粥樣硬化示意圖（圖片來歷：tag.120ask.com）}

雙胞胎兄弟接管了動脈超聲查抄，而且在整個使命時代持續地為研究人員供給分歧期間的血液和尿液樣本。NASA的研究人員不雅察了太空飛翔后炎癥和應激反映對Scott血管布局和功能的影響。

研究發現，在太空情況下，Scott血脂程度發生轉變，申明帶有炎癥。而地球上的Mark血脂程度固然有近似轉變，但炎癥環境較少。研究人員對Scott體內具有抗炎感化的細胞因子（可以調控免疫應答的小分子卵白質）程度進行了測量，發現Scott體內有兩次炎癥反映最為較著，一次是在剛返回地球后，細胞因子的含量達到峰值，而且在后續的6個月一向居高不下。另一次是在飛翔前，細胞因子程度上升，并在飛翔使命中連結高程度。

固然細胞因子程度的轉變已被科學家不雅察到，可是這種轉變是否可逆，是否代表太空中的Scott動脈粥樣硬化加快，今朝還不克不及下切當的結論，將來科學家將進一步進行闡發。

3人體微生物群

近年來，人體內微生物菌群的數目及它們的主要性逐漸引起了人們的存眷。年夜大都人對微生物的印象是有害的，可是無論是體內仍是體外，都有著年夜量的微生物棲息在人的身體上，包羅細菌、古生菌、真菌、病毒和其他微生物，它們被統稱為人類微生物群。并且它們中只有少少部門對人類有害，年夜部門很和順，有些對人類有諸多益處，好比幫忙消化人類無法本身操縱的植物纖維、合當作維生素、接收礦物質、按捺致病微生物等。

微生物菌群影響著人類的免疫系統、心臟健康甚至體重、睡眠、情感等等，介入著人體心理功能的方方面面。某種意義上來說，人其實是人自己和借居其體內微生物的"超等生物體"。

^{（圖片來歷：The human microbiota and chronic disease : dysbioses as a cause of human pathology冊本封面）}

美國西海說神聊年夜學的研究人員對Scott和Mark體內的微生物菌群轉變進行了研究。成果發現，因為飲食、情況及個別免疫程度的分歧，在各個時候點，兩人體內的微生物都呈現了較著差別。飛翔過程中，Scott體內的微生物菌群與飛翔前有所分歧，細菌性門擬桿菌的數目起頭削減，不外Scott返回地球之后，這種削減便遏制了。總體來說，空間飛翔帶來的人體內微生物群的轉變并不年夜，跟地球上的人們改變糊口習慣和情況轉變帶來的影響是近似的。

4尿卵白與機體心理轉變

尿液中的一些卵白質種類和含量的轉變凡是預示著人體多種心理代謝的轉變，為了不雅察太空飛翔中的人體心理表示，研究人員檢測了雙胞胎尿液中的卵白質轉變。他們對尿液標本中的卵白質進行了生物標識表記標幟，以此來不雅察Scott肌肉骨骼調節、代謝和心血管的轉變，而且不雅察人體內的卵白質通路是否能順應太空情況引起的人體體液轉移。

研究人員發現，和地面上的Mark比擬，在太空飛翔過程中，Scott體內關于體液調節和骨骼肌肉形當作的卵白質含量差別顯著。例如在太空中，Scott尿液中的水通道卵白2含量升高，而水通道卵白2是調節腎臟對水通透性的本家兒要卵白質，在調節腎臟程度衡中起主要感化，是判定人體含水率或脫水狀況的主要指標，增添的水通道卵白2能增添腎臟對水的重接收，這申明在太空中，人體的含水量增添。

5年夜腦與智力

按照之前NASA的報道，宇宙射線可能會對航天員年夜腦造當作必然水平的不良影響。在之前的研究中，科學家們把小鼠置于布滿強輻射粒子的空間里，以仿照宇宙空間中布滿射線的情況，成果發現，這些嘗試小鼠的腦部呈現了炎癥，并導致腦部傳輸雜亂。研究人員稱，小鼠整個年夜腦中間系統都受到了影響，導致整體認知能力下降，與精力錯亂的旌旗燈號很相似。

^{（圖片來歷：mt.sohu.com）}

那么人類呢？

在飛翔使命之前、時代和使命竣事之后，研究人員多次對雙胞胎兄弟進行了專門為航天員設計的認知測試，以研究太空情況對人類認知能力的影響。令人欣慰的是，2017年發布的陳述顯示，太空使命時候的耽誤并沒有使Scott認知能力呈現顯著下降，這可以讓良多航天員年夜年夜安心了。

不外在飛翔后，Scott呈現了認知速度和準度較著下降的現象，這個可能是因為Scott回到地球后，身體器官需要從頭順應地球引力造當作的，并且也可能與使命竣事后Scott忙碌的日常放置有關，究竟結果作為名人有忙碌的宣傳和良多勾當要出席嘛。

^{（圖片來歷：NASA）}

雙胞胎研究是初次經由過程基因組學研究來評估人體在太空中的潛在風險，是一項具有里程碑意義的研究，可是這項研究也存在一個很年夜的局限性，就是只有單一的一個介入者，并且對照組也是只有一小我。所以，即便科學家發現Scott的基因勾當發生了某些轉變，他們也無法確定這是由航天飛翔導致的，仍是由其他身分導致的。聽起來是不是有點沮喪，科學上的前進其實是太難了啊……

不外，這么一小步的前進也已經是締造汗青了呢，這項研究將會在將來數年內繼續為NASA的人類研究項目供給研究數據。并且，收集基因信息對于將來的航天員選拔有很積極的感化，好比，若是某位航天員的基因信息顯示，他對于太空輻射的電離效應很是敏感，那近似的信息將影響NASA在遴派前去太空的人選時所做的決議，可以有用的幫忙NASA篩選航天員。

研究人員暗示，本年的后半年，雙胞胎嘗試陸續會有更多成果頒發，到時辰還會有什么新穎的成果呢，讓我們拭目以待吧。

出品：科普中國

建造：中國科學院空間應用工程與手藝中間韓培

監制：中國科學院計較機收集信息中間

（本文中標明來歷的圖片均已獲得授權）