宇航員DNA突變原因是什么 宇航員DNA突變后與我們有什么不同

同卵雙胞胎斯科特·凱利(右)和馬克·凱利（左）都是美國宇航局的退休宇航員，他們共同參加了一項研究，該研究分析了斯科特在空間站待了將近一年之后，太空飛行對他身體的影響。來源：NASA

21世紀(jì)，人類的航空航天工業(yè)取得了長足進展，一批又一批宇航員前仆后繼，飛往人類向往已久的太空。然而，與地球上的溫暖宜居氣候不同，黑暗的太空處處暗藏殺機，從真空到宇宙輻射，太空無時無刻都在對人類進行著生死考驗。

幸好在科學(xué)的武裝之下，人類得以在太空存活下來。那么，在太空中生活和在地球上生活到底有什么不一樣?

“暈車”

你的內(nèi)耳工作原理與智能手機上的加速度計的工作原理大致上差不多——它能夠告訴你的身體你是處于運動狀態(tài)還是靜止?fàn)顟B(tài)，你是在倒立還是在側(cè)臥。但在太空中，這個小小的生物裝置會出問題，這常常會讓宇航員在進入微重力后“暈車”一天左右。史密森國家航空航天博物館館長兼太空歷史主席瓦萊麗·尼爾說，許多宇航員在重新進入地球引力時也會遇到類似的問題。

她說:“這就像從船上下來，但是突然不習(xí)慣腳踏實地的感覺。”宇航員在剛剛回到地球的時候常常報告說有一種漂浮感，但隨著身體重新適應(yīng)地球，這種感覺最終會消失。

骨骼和肌肉

科學(xué)家們在太空探險中發(fā)現(xiàn)的第一件事是：低重力的生活方式并不利于保持強健的骨骼、肌肉和心臟。當(dāng)我們在地球上的時候，這些身體部位光光是為了讓我們保持靜止站立狀態(tài)都已經(jīng)負(fù)擔(dān)了大量工作。如果沒有向下的重力，身體的工作就會大大減少，導(dǎo)致肌肉退化和骨密度下降。

美國宇航局稱，宇航員在太空中待上一個月，他們的骨質(zhì)流失量相當(dāng)于絕經(jīng)后女性一年的骨質(zhì)流失量。這一驚人的下降會導(dǎo)致血液中的鈣水平升高，從而導(dǎo)致腎結(jié)石的發(fā)生率增加。為了解決這些問題，宇航員會在空間站上使用專門設(shè)計的機器進行劇烈運動。據(jù)美國國家航空航天局稱，宇航員，斯科特·凱利在其整個任務(wù)過程中鍛煉了大約700小時。

大多數(shù)這些影響可以在著陸時抵消，但要恢復(fù)的話確實需要一些時間和治療。2013年，宇航員克里斯·哈德菲爾德(Chris Hadfield)在國際空間站工作了一段時間后接受加拿大廣播公司(CBC)新聞頻道(CBC News)采訪時說:“光是抬起頭來就是一種奇怪的新體驗。我已經(jīng)有5個月沒有把頭放在脖子上了。”

流動液體

我們體內(nèi)無時無刻都有液體流動，對于地球上的人來說，重力會幫助這些液體向下進入腿部，但是如果沒有重力，這些液體就會浮到頭部。根據(jù)美國國家航空航天局的說法，斯科特·凱利在太空的一年里，在他頭部里流動的液體可以裝滿一個兩升的汽水瓶。

尼爾說，正因為如此，宇航員“看起來有點頭大”。這種體液漂移還會導(dǎo)致更嚴(yán)重的情況，其中包括對視神經(jīng)的壓力，這可能會影響視力;一旦回到地球，視力問題通常會慢慢消失，但是這個問題是NASA想要了解的長期飛行中的一個大問題。

宇宙輻射

地球磁場為地球上的生物提供了一種自然屏蔽形式，以保護其免受大量高能輻射的傷害(暴露在這些高能輻射下可能損害生物的DNA)。在這個安全區(qū)域之外，國際空間站上的人工屏蔽雖然也可以保護宇航員免受部分輻射影響，但國際空間站的屏蔽設(shè)備并不是對所有類型的輻射都有行之有效，這使得宇航員更容易罹患癌癥和其他長期健康風(fēng)險。

所以，火星之旅只會更加危險，因為除了旅途的暴露時間增加之外，這顆紅色行星還沒有天然的保護磁場。

盡管有這些聽起來很嚴(yán)重的影響，但大多數(shù)已知的損害可以在宇航員返回地球后恢復(fù)。在執(zhí)行任務(wù)時舉行的新聞發(fā)布會上，斯科特情緒高昂。盡管他的眼睛受到了一些輕微的影響，但他表示，總體來說，他感覺良好，心理狀態(tài)良好:“我又不是在攀巖。”

他說:“我一直在用一種非常深思熟慮的方法和速度來做這件事。”他補充說，他把每一項任務(wù)都當(dāng)作一個里程碑。“在長途飛行中完成一個個里程碑我覺得非常重要，下一個里程碑就是回家。”

那么，除了這些生活上的不適之外，宇航員在太空中會不會發(fā)生“變異”?宇航員的身體在回到地球后會發(fā)生什么變化?現(xiàn)在，科學(xué)家終于有一次難得的機會去進行一項意義非凡的測試：在宇航員斯科特·凱利及其同卵雙胞胎宇航員馬克·凱利之間進行分子水平的比較。

在太空軌道上運行將近一年的時間中，宇航員斯科特·凱利(Scott Kelly)的身體(從他的眼睛到他的免疫系統(tǒng))有時會產(chǎn)生一些奇怪的反應(yīng)——至少和他在地球上的同卵雙胞胎相比起來有點奇怪，但是最新發(fā)表的研究表明，這樣的變化不會導(dǎo)致像火星旅行這樣的長途太空旅行取消。

好消息是：NASA“雙胞胎研究”(twins study)的科學(xué)家們公布的最終結(jié)果顯示，斯科特在回到地球后基本恢復(fù)了健康。對于這個項目來說，能夠在雙胞胎之間測試太空的生物影響確實是一次前所未有的機會。

約翰霍·普金斯大學(xué)的安德魯·范伯格(Andrew Feinberg)博士說，這標(biāo)志著“人類基因組學(xué)在太空的曙光”。斯科特在國際空間站待了340天，在此這段時間之前、期間和之后，共有10個研究小組對這對雙胞胎的健康狀況進行了分子水平的詳細(xì)檢查，而安德魯就領(lǐng)導(dǎo)了其中一個小組。

德國達(dá)姆施塔特大學(xué)(Darmstadt University)的馬庫斯·洛布里希(Markus Lobrich)和蘇塞克斯大學(xué)(University of Sussex)的佩妮·杰戈沒有參加這些項目，不過他們表示，通過指出長期太空旅行對宇航員的潛在影響(雖然還需要在更多的宇航員身上進行更多的研究)，該項目遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是人類的一小步。

這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在星期五4月12日出版的《科學(xué)》雜志上，當(dāng)天是一個著名的太空紀(jì)念日上——1961年4月12日蘇聯(lián)宇航員尤里·加加林成為第一個進入太空的人，1981年4月12日第一次發(fā)射航天飛機。

重要發(fā)現(xiàn)

正如上文所說，NASA此前已經(jīng)知道太空旅行對人體會有一些影響，比如需要鍛煉才能抵消的骨質(zhì)流失。但這一次，得到NASA資助的科學(xué)家們在斯科特·凱利身上全方位尋找他在太空中經(jīng)歷的一系列生理和基因組變化，并將這些變化與他在地面上的同卵雙胞胎——前宇航員馬克·凱利進行了比較。項目的一些結(jié)果已于2月份公布。

也許最奇怪的發(fā)現(xiàn)與染色體端粒有關(guān)，端粒是染色體的保護端。隨著年齡的增長，這些端粒會逐漸縮短，它們還被認(rèn)為與年齡相關(guān)的疾病有關(guān)，包括一些癌癥。

但在太空中，斯科特的端粒反而變長了。“我們很驚訝，”科羅拉多州立大學(xué)端粒專家蘇珊·貝利(Susan Bailey)說，她無法解釋這種現(xiàn)象，但這并不意味著斯科特變年輕了，在回到地球之后，他的端粒長度大部分回到飛行前的平均水平，盡管短端粒的數(shù)量比他以前的要少一些。

其次，凱利的DNA并沒有在太空中發(fā)生突變，但他許多基因的活躍程度(它們是否有工作)確實發(fā)生了變化，尤其是太空之旅的后半段，該段太空旅行在2016年3月結(jié)束。

根據(jù)研究，斯科特免疫系統(tǒng)基因受到的影響尤其嚴(yán)重，紐約威爾康奈爾大學(xué)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)家、該研究的共同作者克里斯托弗·梅森(Christopher Mason)說，免疫系統(tǒng)“幾乎處于高度戒備狀態(tài)，這似乎是一種嘗試?yán)斫馍眢w所處新環(huán)境的方式”。

同樣，大多數(shù)基因在回到地球之后都恢復(fù)正常表達(dá)，但一些與免疫相關(guān)的基因在6個月后變得異常活躍。

其他的發(fā)現(xiàn)：

-斯科特眼睛結(jié)構(gòu)的一些變化和視網(wǎng)膜的增厚表明，像大約40%的宇航員一樣，他也經(jīng)歷了“航天飛行相關(guān)的神經(jīng)-眼部綜合征”的癥狀，“這可能是由于液體在沒有重力的情況下流動而造成的。

-他還經(jīng)歷了一染色體不穩(wěn)定的狀況，這可能反映了太空中的輻射暴露情況。

-在太空注射流感疫苗和在地球上注射一樣有效。

-斯科特在太空的時候高分通過了認(rèn)知測試，但在返回地球后，他認(rèn)知測試得分反而下降了，這可能是因為在地球上有更多的東西令他分神。

超遠(yuǎn)程測試

為了進行檢查，研究人員需要幾個月的血液、尿液和糞便樣本，和認(rèn)知和身體測試結(jié)果以及超聲波掃描。這意味著斯科特需要發(fā)揮一下主觀能動性了：一些血液樣本需要在采集之后盡快進行分析，所以斯科特只能定好時間進行樣本采集，這樣血液樣本就可以通過搭載用于運送其他宇航員的俄羅斯聯(lián)盟號太空艙返回地球。

但在歷時三年的火星旅行中，這種方法是不可能實現(xiàn)的。威爾·康奈爾大學(xué)的梅森說，這項研究的有一項技術(shù)進步，那就是便攜式DNA測序設(shè)備，它將可以使宇航員在未來的任務(wù)中自行進行一些基因組分析。

下一步是什么?

研究人員警告說，研究一對雙胞胎并不能證明太空飛行的全部風(fēng)險，歷時更長的任務(wù)(例如到月球或火星)將意味著更大的壓力和輻射暴露。

科羅拉多州立大學(xué)的Bailey 計劃利用這項發(fā)現(xiàn)作為藍(lán)圖，對另外10名宇航員進行為期一年的任務(wù)研究。

她說：“我們需要飛出近地軌道，我們需要宇航員在宇宙中生活更長的時間來真正評估其中的一些健康影響。”