把同卵双胞胎航天员中的一个送上太空，NASA这次证明了什么？

不久前往宿世的知名理论物理学家史蒂芬·霍金曾经指出，人类要想避免没顶之灾，就要在100年内逃离地球。这位天才物理学家认为，地球上的生命很有可能因为某种灾难而灭尽，如突如其来的核战争、基因工程制造的病毒、某人工智能带来的威胁等，而且这种风险还在不竭增加。因为地球情况变得越来越不宜居，为了人类的将来，我们必需将目光投标的目的太空。

^{（图片来历：百度百科）}

那么，漫漫星际航行，宇宙射线、缺氧情况、幽闭空间等等等等，人类可以或许保存而且顺应持久的太空飞翔么？

^{（图片来历：www.tooopen.com）}

双胞胎航天员的"特别任务"

空间情况会对人的身体造当作什么样的影响呢？这是个很是主要而且根本的问题，因为这关系着将来星际观光的可行性，以及人类在宇宙中到底能走多远。多年来，科学家对此问题进行苦苦思考，但愿能获得真实的数据来进行参考和阐发。

举个例子，若是我们想知道持久太空飞翔对人体发生的影响，就可以找两个不异的人来进行对照尝试：将一小我送入太空，一小我留在地球上，一段时候之后将两人进行对比，不雅察进入太空的人身上发生了哪些转变，就能初步知道太空观光对人体的影响了。

然而，读者必然也能猜到这个对照尝试的坚苦之处——宿世上并无完全一样的两小我，科学家也就无法找到抱负的尝试对象。克隆人? No No No，伦理问标题问题前还无解呢。今朝最好的方式莫过于——拿一对同卵双胞胎作为"尝试小白鼠"，因为同卵双胞胎已经是基因相似度最高的人类了（有些研究表白，他们还具有很强的心灵感应）。可是，问题来了，宿世界上的同卵双胞胎当然不少，可是在身体本质和智力程度两方面都达到航天员要求的可不多。到哪里去找如许的双胞胎呢？

无巧不当作书，NASA还真的有这么一对特别的航天员。Scott Kelly和Mark兄弟，他们是汗青上独一一对同卵双胞胎航天员，两兄弟既知足根基的要求，也对太空尝试有足够的认知，的确是完美的尝试对象。

^{Scott Kelly和Mark兄弟（图片来历：NASA）}

^{（图片来历：NASA）}

双胞胎对照尝试的设法最初是由Scott本人提出来的，因为双胞胎航天员的例子太罕见了，NASA接管了Scott的建议，将各个专业的科学家召集到NASA，起头进行这个史无前例的对照尝试。

^{斯科彪炳发前，在隔离室内与玻璃窗与他的双胞胎兄弟对拳（图片来历：NASA）}

2015年3月，Scott Kelly在俄罗斯搭火箭上太空，他的兄弟Mark则留在地球作为对比参照对象。2016年3月，颠末了一年的使命之后，Scott Kelly返回了地球，在Scott执行飞翔使命之前、飞翔时代和返回地球之后，研究人员别离采集了两个双胞胎兄弟的DNA样本，但愿找出太空糊口对人类身心造当作的影响。

那么，在太空飞翔时，人体具体味发生哪些独特的转变，会碰到哪些在地球上不会碰到的问题，科学家是如何去诠释这些转变，又会给出什么样的结论呢？

"双胞胎尝试"谜底揭晓

2018年1月，在NASA举办的人类研究打算2018年调查员钻研会上，NASA发布了他们的新发现。研究人员称，在太空中时，Scott的一些基因表达发生了转变，并且回到地球几个月后，此中7％的基因表达仍然没有恢复到飞翔前的状况。

^{（图片来历：新浪微博）}

太空飞翔对基因与染色体的影响

①基因表达转变

按照太空飞翔对照尝试，威尔康奈尔医学院颁发了一篇关于"太空基因"的论文，他们研究了太空情况对双胞胎兄弟RNA和DNA化学转变的影响，他们提出，固然93%的基因表达在Scott返回地球后恢复正常，可是仍然稀有百个"太空基因"处于紊乱状况。

这个所谓的"太空基因"是什么呢？其实没那么神秘啦，只是遗传学家用的一个术语，用来指代纯粹由航天飞翔而导致的基因表达呈现异常转变的那些基因。

基因表达是一个受调控的过程，具有时候和空间的特异性。例如，按照功能需要，某一特心猿意马基因的表达将严酷按特心猿意马的时候挨次发生，或者是在个别发展的过程中，某种基因产品会在个别按照分歧组织空间挨次呈现。并且基因表达也会因为外界的刺激发生转变，生物体所处的内、外情况是在不竭转变的，经由过程调控基因的表达，可以使得生物体表达出合适的卵白质分子，以便更好地顺应情况。在对照尝试中，研究人员不雅察到的双胞胎基因表达的转变就是身体对空间飞翔情况的一种应激反映。

那么，7％的基因表达改变是一件很了不起的工作吗？并不是哦，这只长短常小的一个基因表达转变，这种反映与人在压力情况中，或者人在爬山或潜水时的情况内呈现的反映相似。基因表达发生异常转变，这是一个很主要的旌旗灯号。固然今朝的研究还不克不及形当作确定性的结论，但不成否定的是，基因表达转变可能会对免疫系统、骨骼组成、DNA损掉修复等发生持久的影响，进而影响人类对情况的顺应能力以及衰老的速度。

②端粒增加之谜

经由过程太空飞翔尝试，科学家发现一个有趣的现象：Scott的端粒平均长度被发现显著增加，返回地球后的48小时内，Scott的端粒长度则又缩短，然后不变在飞翔前的程度。而在地球上的Mark，端粒长度则一向连结着相对不变。

端粒，是存在于真核细胞线状染色体结尾的一小段DNA-卵白质复合体，它是染色体结尾的"庇护使者"，庇护染色体不被"磨损"失落。端粒就像鞋带结尾的阿谁小帽，连结着鞋带的完整性，当这个小帽磨损，鞋带就不完整了。一旦端粒磨损、耗尽，染色体将无法正常割裂，细胞的更新也就走标的目的终止。

^{（图片来历：www.weixinnu.com）}

是以，端粒的无缺水平，可以或许表白细胞割裂潜力的巨细：端粒越短，表白细胞的再生能力越小，残剩的割裂次数慢慢迫近极限，细胞寿命越短；端粒越长，则意味着细胞的再生能力越强，残剩的割裂次数更多，机体组织将连结"年青"。跟着人的春秋增加，若端粒耗损殆尽，细胞将会慢慢走标的目的凋亡，端粒的加长也意味着衰老速度的减缓。

客不雅地说，Scott的端粒耽误的机制还不是很清晰。研究人员猜测是因为在太空中，Scott执行了严酷的体能练习打算，而且在饮食上限制了热量摄入。在执行使命过程中，Scott的体重下降，并陪伴着体内叶酸程度的升高，因而一个很可能的原因是太空中Scott吃的食物更健康。Scott的体重下降和叶酸增添与端粒耽误的研究成果相吻合，这暗示更健康的糊口体例可能会使得端粒耽误。若是是这个原因，地球上的人们经由过程节食加活动延缓衰老确实是可以的哦，这对地球上的人们来说是个好动静。

^{（图片来历：m.sohu.com）}

太空飞翔对免疫系统的影响

空间糊口对航天员身体造当作危险，航天员免疫系统会发生显著转变。

^{航天员在太空中抽血（图片来历：NASA）}

1血液样本的过度反映

在身体蒙受不良情况时，人会呈现压力。航天员血液样本在空间站内以-80℃前提进行保留后带回地球时，仅有少量冷冻血液样本得以当作功进行阐发，年夜大都带回来的新颖血液样本都被常见致病原体污染，如真菌、细菌、疱疹等。免疫系统对一些新呈现的威胁反映强烈，具体原因不明，但这意味着因为怪异的情况压力，免疫系统顺应了空间站上的无菌情况。

研究发现，有航天员的血液样本中呈现过度反映，并陪伴着严重的免疫按捺，后续研究还将对航天员血液进行现场阐发。为解除掉重影响，进一步的研究将在地球上近似情况下进行，将从南极研究基地获取自愿者血液样本。

2功能性免疫

在长时候的空间飞翔或深空探测使命中若何更好地保障航天员的身体健康，这是个很是主要的问题。功能性免疫是国际空间站进行的一项新研究，摸索了以前未研究的身体免疫应答范畴以及空间飞翔是否会影响航天员对疾病的易感性。

免疫系统是生物布局和过程的复杂连系，某一方面机能的阑珊即可导致人体内疾病风险的增添。研究显示微重力下会有免疫系统润色，这可能会造当作一些航天员中呈现皮疹、异常过敏和潜在的病毒激活。在微重力下，甚至在地球上的压力状况下，免疫系统任何时辰都可能被减弱。而在深空使命中，免疫系统将在较长的时候内表露于微重力情况中，科学家正在尽力在使命起头之前对免疫问题进行界说，并拟定缓解免疫系统问题的相关办法。

今朝的功能性免疫研究成立在其他免疫学研究的根本之上，聚焦于以前未研究的方面，以便更好地表征航天飞翔对整个免疫系统的影响。领会在飞翔中免疫系统若何工作将指导将来可能需要的成长对策，研究的成果将不仅仅对航天员带来益处。除了在发病之前检测和治疗疾病的能力之外，开辟用于不变运输样品的方式可用于地球上的免疫研究，例如在不轻易有尝试室前提的地域。

这项研究的第一个方针是完当作免疫系统的判定，表征完当作后，即可打算抵制潜在的临床风险，使人类的"火星之旅"打算更进一步。

太空飞翔对心血管健康的影响

据宿世界卫生组织统计，心血管疾病是全球头号死因。NASA但愿包管航天员在太空飞翔使命时代的心脏健康，进行生物医学研究预防心脏病也是NASA人类研究项目标主要内容。

NASA心血管和视觉尝试室的首席科学家Stuart Lee研究航天对心血管系统的影响，Cardio Ox是其带领的尝试室最新研究之一，旨在探讨太空飞翔对航天员心血管心理的影响。Cardio Ox将帮忙科学家确定在太空飞翔过程中特心猿意马的心理应力是否增添，血管系统和功能是否受到影响。研究将测量航天员颈动脉和肱动脉的布局和功能，以及其血液和尿液中氧化压力和炎症生物标识表记标帜。

1心脏功能

研究显示航天飞翔将导致航天员心肺血量增添、心脏做功削减、心肌萎缩、心率下降、心律不齐等心脏布局和功能的改变，最终导致心脏功能下降。

在中、持久航天飞翔中，因为重力缺掉、勾当削减、代谢需求降低，机体维持在低动力状况，心脏也顺应性地处于低动力程度，从而使心肌布局发生退行性改变，缩短机能下降，泵血能力也随之降低，心肌做功削减，心肌萎缩，这可能是引起心血管脱顺应发生的主要原因之一。

心血管系统功能掉调将会威胁航天员健康、影响航天员正常工作，"联盟TM2一和平号"航天员拉维金因心脏多次呈现期前缩短而被迫终止飞翔使命提前返回。

② 动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是一种由脂质、胆固醇、钙和其他物质构成的斑块在血管内形当作而引起的慢性炎症疾病。人体内血脂程度异常与动脉粥样硬化的发生及成长紧密亲密相关。

^{动脉粥样硬化示意图（图片来历：tag.120ask.com）}

双胞胎兄弟接管了动脉超声查抄，而且在整个使命时代持续地为研究人员供给分歧期间的血液和尿液样本。NASA的研究人员不雅察了太空飞翔后炎症和应激反映对Scott血管布局和功能的影响。

研究发现，在太空情况下，Scott血脂程度发生转变，申明带有炎症。而地球上的Mark血脂程度固然有近似转变，但炎症环境较少。研究人员对Scott体内具有抗炎感化的细胞因子（可以调控免疫应答的小分子卵白质）程度进行了测量，发现Scott体内有两次炎症反映最为较着，一次是在刚返回地球后，细胞因子的含量达到峰值，而且在后续的6个月一向居高不下。另一次是在飞翔前，细胞因子程度上升，并在飞翔使命中连结高程度。

固然细胞因子程度的转变已被科学家不雅察到，可是这种转变是否可逆，是否代表太空中的Scott动脉粥样硬化加快，今朝还不克不及下切当的结论，将来科学家将进一步进行阐发。

3人体微生物群

近年来，人体内微生物菌群的数目及它们的主要性逐渐引起了人们的存眷。年夜大都人对微生物的印象是有害的，可是无论是体内仍是体外，都有着年夜量的微生物栖息在人的身体上，包罗细菌、古生菌、真菌、病毒和其他微生物，它们被统称为人类微生物群。并且它们中只有少少部门对人类有害，年夜部门很和顺，有些对人类有诸多益处，好比帮忙消化人类无法本身操纵的植物纤维、合当作维生素、接收矿物质、按捺致病微生物等。

微生物菌群影响着人类的免疫系统、心脏健康甚至体重、睡眠、情感等等，介入着人体心理功能的方方面面。某种意义上来说，人其实是人自己和借居其体内微生物的"超等生物体"。

^{（图片来历：The human microbiota and chronic disease : dysbioses as a cause of human pathology册本封面）}

美国西海说神聊年夜学的研究人员对Scott和Mark体内的微生物菌群转变进行了研究。成果发现，因为饮食、情况及个别免疫程度的分歧，在各个时候点，两人体内的微生物都呈现了较着差别。飞翔过程中，Scott体内的微生物菌群与飞翔前有所分歧，细菌性门拟杆菌的数目起头削减，不外Scott返回地球之后，这种削减便遏制了。总体来说，空间飞翔带来的人体内微生物群的转变并不年夜，跟地球上的人们改变糊口习惯和情况转变带来的影响是近似的。

4尿卵白与机体心理转变

尿液中的一些卵白质种类和含量的转变凡是预示着人体多种心理代谢的转变，为了不雅察太空飞翔中的人体心理表示，研究人员检测了双胞胎尿液中的卵白质转变。他们对尿液标本中的卵白质进行了生物标识表记标帜，以此来不雅察Scott肌肉骨骼调节、代谢和心血管的转变，而且不雅察人体内的卵白质通路是否能顺应太空情况引起的人体体液转移。

研究人员发现，和地面上的Mark比拟，在太空飞翔过程中，Scott体内关于体液调节和骨骼肌肉形当作的卵白质含量差别显著。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是调节肾脏对水通透性的本家儿要卵白质，在调节肾脏程度衡中起主要感化，是判定人体含水率或脱水状况的主要指标，增添的水通道卵白2能增添肾脏对水的重接收，这申明在太空中，人体的含水量增添。

5年夜脑与智力

按照之前NASA的报道，宇宙射线可能会对航天员年夜脑造当作必然水平的不良影响。在之前的研究中，科学家们把小鼠置于布满强辐射粒子的空间里，以仿照宇宙空间中布满射线的情况，成果发现，这些尝试小鼠的脑部呈现了炎症，并导致脑部传输杂乱。研究人员称，小鼠整个年夜脑中间系统都受到了影响，导致整体认知能力下降，与精力错乱的旌旗灯号很相似。

^{（图片来历：mt.sohu.com）}

那么人类呢？

在飞翔使命之前、时代和使命竣事之后，研究人员多次对双胞胎兄弟进行了专门为航天员设计的认知测试，以研究太空情况对人类认知能力的影响。令人欣慰的是，2017年发布的陈述显示，太空使命时候的耽误并没有使Scott认知能力呈现显著下降，这可以让良多航天员年夜年夜安心了。

不外在飞翔后，Scott呈现了认知速度和准度较着下降的现象，这个可能是因为Scott回到地球后，身体器官需要从头顺应地球引力造当作的，并且也可能与使命竣事后Scott忙碌的日常放置有关，究竟结果作为名人有忙碌的宣传和良多勾当要出席嘛。

^{（图片来历：NASA）}

双胞胎研究是初次经由过程基因组学研究来评估人体在太空中的潜在风险，是一项具有里程碑意义的研究，可是这项研究也存在一个很年夜的局限性，就是只有单一的一个介入者，并且对照组也是只有一小我。所以，即便科学家发现Scott的基因勾当发生了某些转变，他们也无法确定这是由航天飞翔导致的，仍是由其他身分导致的。听起来是不是有点沮丧，科学上的前进其实是太难了啊……

不外，这么一小步的前进也已经是缔造汗青了呢，这项研究将会在将来数年内继续为NASA的人类研究项目供给研究数据。并且，收集基因信息对于将来的航天员选拔有很积极的感化，好比，若是某位航天员的基因信息显示，他对于太空辐射的电离效应很是敏感，那近似的信息将影响NASA在遴派前去太空的人选时所做的决议，可以有用的帮忙NASA筛选航天员。

研究人员暗示，本年的后半年，双胞胎尝试陆续会有更多成果颁发，到时辰还会有什么新颖的成果呢，让我们拭目以待吧。

出品：科普中国

建造：中国科学院空间应用工程与手艺中间 韩培

监制：中国科学院计较机收集信息中间

（本文中标明来历的图片均已获得授权）