29項研究揭示太空探索對人體的影響
2020年12月16日10:17
2012年,日本宇航員星出彰彥在太空剛完成一次血液採集任務。該任務為Expedition 32的一部分。
2012年,日本宇航員星出彰彥在太空剛完成一次血液採集任務。該任務為Expedition 32的一部分。

  新浪科技訊 北京時間12月16日消息,據國外媒體報導,宇航員在太空會承受輻射、失重、孤獨以及其他各種生理和心理壓力。這些危害又會對他們的身體造成怎樣的實際影響呢?

  我們可以從29篇論文中尋找答案。這29篇論文共同促進了我們對太空飛行如何影響人體健康的理解。這項研究工作源於NASA的“雙子研究”。在雙子研究中,NASA宇航員斯科特·凱利在國際空間站執行了為期一年的太空任務,而他的孿生兄弟馬克·凱利——一名退役的NASA宇航員,則留在地球作為對照。

  雖然雙子研究具有開創性的意義,但該研究的對象只有凱利兄弟這兩名宇航員。而在新的論文集中,研究人員得以觀察太空飛行對56名宇航員造成的影響。這56名宇航員都曾到過國際空間站。

  一篇概述性論文寫道:“這些手稿涉及來自數十個學術機構、政府、航天局和工業組織的200多名研究人員的工作,代表了迄今為止生成的最大規模的宇航員數據和太空生物數據集,包括縱向多組學分析、單細胞免疫和表位映射,新型輻射對抗措施,以及56名宇航員的詳細生化特徵。”

  借助如此龐大的數據集以及如此大規模的國際合作,研究人員現在不僅可以驗證雙子研究中的發現,而且還可以將有關太空對人體影響的研究提升到新的水平。

  “論文集涵蓋各種各樣的研究。”科羅拉多州立大學的教授蘇珊·貝利說。她曾是NASA雙子項目的首席研究員,也是論文集中多數論文的高級研究員。她繼續說:“這些研究,無疑為某些問題,奠定了堅實的基礎,比如‘我們對長時間太空飛行可能帶給人體的影響瞭解有多少?’以及‘未來我們需要研究和關注的問題是什麼?’等等。”貝利還補充說,隨著人類開始探索月球乃至更深遠的太空,這些問題正變得越來越重要。

  儘管這29篇論文的研究重點各有不同,每一篇都闡述了太空飛行對人體影響的某一個獨特因素,但仍有一些重大的發現,既證實了雙子研究中的發現,也進一步加深了研究人員對這些健康影響的理解。

  六大特徵

  在研究太空飛行對人體健康的影響時,研究人員確定了六個關鍵因素,這六大因素決定了人體在太空中發生的變化。

  “我們認為,這六種特徵,是我們在小鼠、囓齒動物和人類受試者以及細胞系中一次又一次觀察到的一致特徵。這些特徵無疑指向同一個問題:調節人體如何應對太空環境的核心因素是什麼?”威爾康奈爾醫院的生理學和生物物理學副教授克里斯·曼森說。曼森也曾是雙子研究的首席研究員,也是論文集中多數論文的高級研究員或共同高級研究員。

  這六個特徵分別為:線粒體失調,氧化應激,自由基,DNA損傷,端粒長度,微生物群系變化和表觀遺傳變化。首先,線粒體失調是指,線粒體(一種在細胞中產生大部分化學能的細胞器,即“細胞的發電機”)功能發生變化,這可能會導致健康問題。研究人員還檢測到氧化應激,即身體內自由基和抗氧化劑失衡。貝利說,她認為,氧化應激十分可能由宇航員在太空遭受的輻射所致。沿著這些思路,其他論文的作者還研究了自由基(或人體內的不穩定原子)。自由基可能會在宇航員身處太空時,對他們的細胞造成傷害並誘發諸如癌症等疾病。

  此外,研究人員還觀察到DNA損傷的證據。根據宇航員承受的輻射類型,研究人員可預期DNA的損傷。論文集還表明,太空飛行中的宇航員,具有拉長的端粒(染色體末端的保護結構)。回到地面後,拉長的端粒又恢復如初。這個發現十分有趣,因為雙子研究中的研究人員在觀察到凱利的端粒在太空時變長、而回到地球後又變短時,感到十分驚訝。但新的研究告訴研究人員,凱利不是一個特例。他們研究的宇航員身上,都有這樣的現象發生。

  論文集還提到了宇航員的微生物群系變化。微生物群系是人體內和身體上所有微生物的遺傳物質集合。這個變化也在意料之中,畢竟微生物也都是獨特的地球生物。研究人員不僅研究了宇航員的微生物群系變化,同時還研究了每個人的微生物是如何因太空飛行以及空間站內的環境而改變的。最後,新的研究還提供了表觀遺傳變化(或者說DNA物理結構變化)的證據,即宇航員正在經曆“基因調控變化”,也就是,隨著細胞對不同環境產生反應,基因“打開”和“關閉”的過程。

  就好比研究表明端粒會在太空飛行期間變長一樣,論文集還證實了雙子研究中,研究人員在斯科特·凱利身上觀察到的許多太空飛行對人體的影響。但是,有了宇航員和其他諸如囓齒動物等模型提供的更多數據,研究人員可以對人類在太空中受到的影響有更好的瞭解,並且能夠驗證在凱利身上發現的變化。

  有趣的是,在部分論文中,研究人員不是通過觀察宇航員,而是通過觀察珠穆朗瑪峰的攀登者,來驗證先前的研究結果。他們發現,在登山時,攀登者的端粒會變得更長。不過,研究人員尚未完全弄清楚端粒長度變化的原因。

  太空治療

  通過驗證先前的關於太空飛行對健康影響的研究,並加深我們對人體在極端環境下所發生變化的理解,研究人員現在可以開始考慮並開發潛在的預防措施、應對方法以及治療方案,以便未來在太空中需要度過更長時間的宇航員——不管是生活在月球的定居點還是飛向更遙遠的火星——可以為即將發生的事情做更加充分的準備。

  儘管工程師和科學家正在研究如何降低宇航員暴露的危險輻射量,但曼森解釋說,他們也在考慮哪些現有的藥物可以有效緩解這類影響。研究人員認為,在太空飛行期間,危險輻射是造成眾多負面健康影響的一個重要因素。

  然而,最重要的是,這項工作使人們可以對這些健康影響有更多、更具體的瞭解。貝利解釋說,例如,端粒伸長會導致染色體激活增加和患癌風險的提高。另一方面,貝利說,少數宇航員的端粒在太空中可能比預期的要短,他們則有患上心血管疾病的風險。

  在地球上,研究如何為國際空間站、月球甚至更遙遠的火星上的宇航員檢測乃至治療這些嚴重的健康問題,是一項艱巨的任務。但是,如果宇航員需要在太空度過更長的時間,那麼這些將是我們需要考慮和解決的問題。

  未來,為了更全面地去瞭解諸如“為什麼在太空中端粒會變長”這些問題,研究人員將繼續研究太空飛行對人體造成的影響。事實上,貝利說:“我們希望在未來十年內,讓多達31名宇航員開展類似的研究。”

  貝利還說,如今宇航員群體也越來越多樣化,再加上商業航天的蓬勃發展,未來數據也會進一步多樣化。在研究未來宇航員的健康時,更多樣化的數據也有助於研究人員得出儘可能全面和有用的結果。(勻琳)

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