人類能到太空繁衍后代嗎

喻菲　王聰　榮啟涵　吳晶晶

人類能否在太空繁衍等謎團(tuán)需要通過一系列嚴(yán)格的科學(xué)實(shí)驗(yàn)來一步一步解開，哺乳動(dòng)物早期胚胎能夠在太空實(shí)現(xiàn)發(fā)育只是解開人類太空繁衍眾多謎團(tuán)的第一步。

人類未來能否離開地球，穿越漫漫星際，在宇宙中長期生存？

在沒了晝夜之分、四季之分、上下之分的太空中，地球之花還會(huì)按故鄉(xiāng)的時(shí)間綻放嗎？會(huì)有別樣的美嗎？會(huì)結(jié)出與地球上不同的種子嗎？

隨著人類探索太空的深入，未來人類能否在太空正常生活、繁衍后代？空間微重力和輻射等特殊環(huán)境會(huì)不會(huì)對(duì)生殖造成不良影響？

……

現(xiàn)在要回答這些問題也許還為時(shí)尚早，但中國科學(xué)家在太空中開展的19個(gè)新奇又有趣的實(shí)驗(yàn)，能幫助積累和增進(jìn)相關(guān)的知識(shí)。

4月6日凌晨，在位于中國西北戈壁灘的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，長征二號(hào)丁運(yùn)載火箭將實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星送入太空。

這顆返回式衛(wèi)星攜帶了等待開花的水稻、擬南芥，體態(tài)輕盈的果蠅，上千只蠶卵（其中一部分將在太空中孵化），細(xì)小的線蟲，小鼠的胚胎……經(jīng)過太空旅行后，這些“乘客”將隨衛(wèi)星返回艙重返地球，著陸在內(nèi)蒙古四子王旗，幫助科學(xué)家揭示微重力環(huán)境和空間輻射對(duì)生命的影響。

開辟太空實(shí)驗(yàn)場

實(shí)踐十號(hào)是中國第25顆返回式衛(wèi)星，也是首顆大規(guī)模實(shí)施空間微重力實(shí)驗(yàn)的衛(wèi)星。

專家介紹，地球上的物理現(xiàn)象，都受到地球重力的制約，比如浮力、沉降、壓力梯度等。在微重力環(huán)境下，在地面上被重力掩蓋的因素就開始變得重要，因此，微重力環(huán)境能觀察到很多地球上不可能觀測到的獨(dú)特現(xiàn)象。

中國將于2020年前后建成空間站，屆時(shí)空間站上可以做很多微重力實(shí)驗(yàn)。那么科學(xué)家為何還要在返回式衛(wèi)星上做實(shí)驗(yàn)？

實(shí)踐十號(hào)首席科學(xué)家、中科院院士胡文瑞解釋，在空間站上做實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢包括時(shí)間長、可以人為控制等，但殘余重力的干擾可能給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來影響。實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星是專門為科學(xué)而設(shè)計(jì)的衛(wèi)星，可為實(shí)驗(yàn)提供比空間站更低的重力，對(duì)一些實(shí)驗(yàn)更加有利。

同時(shí)，在返回式衛(wèi)星上做實(shí)驗(yàn)機(jī)動(dòng)性更好。一些實(shí)驗(yàn)樣本希望裝到衛(wèi)星上的時(shí)間離發(fā)射越近越好，例如這次實(shí)驗(yàn)中的干細(xì)胞、骨髓樣品、胚胎等是在發(fā)射前幾個(gè)小時(shí)才裝入衛(wèi)星。并且，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，樣品能隨返回艙盡快回收，取出分析。

實(shí)踐十號(hào)科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師康琦說，利用返回式衛(wèi)星開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境好、微重力水平高、風(fēng)險(xiǎn)小、成本低，一次飛行可提供較多的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，特別有利于開展國際合作，是一個(gè)非常重要的空間實(shí)驗(yàn)手段。

實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師趙會(huì)光說，返回式衛(wèi)星有著獨(dú)特的優(yōu)勢，不少生物實(shí)驗(yàn)、生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)搭載實(shí)驗(yàn)，在軌實(shí)驗(yàn)后都需要返回地面來直接分析資料。此外，樣本在太空停留時(shí)間不能太長，而要在未來空間站進(jìn)行，返回一次時(shí)間較長，所以這種短期、需實(shí)物的實(shí)驗(yàn)用返回式衛(wèi)星非常合適。

世界首次！中國實(shí)現(xiàn)哺乳動(dòng)物胚胎在太空發(fā)育

經(jīng)過數(shù)天的太空旅行，實(shí)踐十號(hào)上傳來好消息：小鼠早期胚胎在太空中順利完成從2細(xì)胞到囊胚的全程發(fā)育。這是世界上第一次實(shí)現(xiàn)哺乳動(dòng)物胚胎在太空發(fā)育。

“對(duì)哺乳動(dòng)物早期胚胎在太空發(fā)育的研究迄今只有3次嘗試。”這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的負(fù)責(zé)人、中科院動(dòng)物研究所研究員段恩奎說。

第一次是20年前。1996年，美國哥倫比亞航天飛機(jī)將49枚小鼠2細(xì)胞胚胎送上太空，結(jié)果無一發(fā)育。此后國外再無進(jìn)行此類實(shí)驗(yàn)。

第二次是10年前。2006年，段恩奎領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)利用我國實(shí)踐八號(hào)育種衛(wèi)星留軌艙，開展了小鼠4細(xì)胞期胚胎太空發(fā)育實(shí)驗(yàn)，首次獲取了太空中的小鼠胚胎圖片，但遺憾的是它們?cè)谔瘴茨芡瓿砂l(fā)育。

第三次就是實(shí)踐十號(hào)任務(wù)。“這十年來我們沒有放棄，這一次終于成功了，在世界上第一次證明了哺乳動(dòng)物早期胚胎在太空微重力條件下，完全可以發(fā)育到囊胚階段。”段恩奎說。

為了實(shí)現(xiàn)這一科學(xué)目標(biāo)，科學(xué)家們完成了“不可能完成”的任務(wù)：中科院上海技術(shù)物理所研究員張濤領(lǐng)導(dǎo)的胚胎培養(yǎng)載荷研究團(tuán)隊(duì)將地面龐大復(fù)雜的胚胎實(shí)驗(yàn)室濃縮成了一個(gè)微波爐大小的培養(yǎng)箱和一個(gè)電控箱，且使其具有密閉培養(yǎng)、自動(dòng)搜索識(shí)別顯微成像、遙控固定、圖像下傳等功能。

10年來，科學(xué)家們深入分析，對(duì)太空胚胎培養(yǎng)方法和固定技術(shù)進(jìn)行了多方面的研究和改進(jìn)。

“比如，我們科學(xué)團(tuán)隊(duì)與西北農(nóng)林科技大學(xué)馬保華教授合作研發(fā)了胚胎密閉培養(yǎng)體系，研制了適用于太空胚胎培養(yǎng)的特殊培養(yǎng)液，開發(fā)了進(jìn)行大量早期胚胎冷凍、解凍的新技術(shù)，以前一次能冷凍1到10個(gè)胚胎，現(xiàn)在能一次冷凍50到100個(gè)左右?！倍味骺f。

此外，科學(xué)家們還研制出了適合太空遙操作的胚胎固定技術(shù)，反復(fù)研究篩選出了培養(yǎng)單元中胚胎培養(yǎng)液的最佳比例，探索出胚胎固定時(shí)最佳的固定液流速……

解開人類太空繁衍謎團(tuán)第一步

在實(shí)踐十號(hào)上，安放小鼠胚胎的裝置在19個(gè)載荷中屬于最受關(guān)愛和特殊照顧的“寵兒”。

“它在發(fā)射前8小時(shí)最后一個(gè)裝上衛(wèi)星，以最大程度縮短在地面停留的時(shí)間；在轉(zhuǎn)運(yùn)及裝載過程中要求不能斷電超過20分鐘，以保證它的狀態(tài)，事實(shí)上僅斷電了12分鐘。另外發(fā)射前4小時(shí)要進(jìn)行一次自動(dòng)搜索顯微成像。”段恩奎介紹。

進(jìn)行發(fā)育實(shí)驗(yàn)的小鼠胚胎被分為4個(gè)單元，每個(gè)單元內(nèi)有150個(gè)左右胚胎，衛(wèi)星入軌后每4小時(shí)照相一次，記錄它們的狀態(tài)，直到96小時(shí)為止?！霸?2小時(shí)左右，2細(xì)胞胚胎就發(fā)育到囊胚，和地面上時(shí)間基本一致?！倍味骺f。

據(jù)介紹，發(fā)育成囊胚的胚胎如果沒有及時(shí)在母體子宮著床，就會(huì)慢慢死去，所以這些小鼠胚胎無法回到地球繼續(xù)生長發(fā)育。“如果將來有機(jī)會(huì)短時(shí)間就能回收這些胚胎，比如3天，也許就可以及時(shí)將它們植入母體，看能不能生下健康的小鼠，那將是更重大的突破?！倍味骺f。

除了用于發(fā)育實(shí)驗(yàn)，還有一部分胚胎在裝星后72小時(shí)要在太空中被注入固定液，固定一定的階段后，隨返回艙回歸地球，用于完成此次實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)科學(xué)目標(biāo)——探討太空環(huán)境對(duì)胚胎發(fā)育影響的作用機(jī)制。

“希望這些小鼠胚胎能安全度過回歸地球的艱難旅程，我們將立刻把它們運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全方位分析研究，與地面對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果比對(duì)，分析胚胎形態(tài)變化，進(jìn)行基因蛋白監(jiān)測，篩選出影響太空哺乳動(dòng)物早期胚胎發(fā)育的相關(guān)基因?！倍味骺f。

“我們希望能為未來人類太空活動(dòng)中生殖健康提供科學(xué)依據(jù)。”段恩奎說。

他同時(shí)指出，人類能否在太空繁衍等謎團(tuán)需要通過一系列嚴(yán)格的科學(xué)實(shí)驗(yàn)來一步一步解開，哺乳動(dòng)物早期胚胎能夠在太空實(shí)現(xiàn)發(fā)育只是解開人類太空繁衍眾多謎團(tuán)的第一步。