數千年以來，人類一直生活在地球上，並在地球環境中完成進化。但如果把人類放在太空，人體還能經受得住微重力和電離輻射極端環境的摧殘嗎？這對未來的太空旅行，甚至“逃離”地球意義重大。隨着NASA“天地雙胞胎”對照實驗的進行，科學家們發現了有關太空對人類影響的更多祕密…

　　在2015年3月至2016年3月期間，NASA宇航員Scott於國際空間站（ISS）駐留1年，而他的雙胞胎兄弟則留在地球作爲對照。近日，科學家們已經完成了對二人的第一次全面綜合多元化分析。小至人體細胞和微生物組的分子分析，大到人體生理學認知，可以說是太空環境對人體影響的最全面的分析解讀，也是NASA制定的最尖端的推動性項目。（下圖中右邊爲Scott）

　　報告顯示，人體進入太空會發生一系列微妙的變化。例如，執行長期太空任務的Scott眼睛的解剖學結構發生變化（變得扁平且視網膜神經增厚）、骨密度大幅降低以及大腦微觀結構的變化等等。在微觀層面，受到太空環境影響，因氧氣剝奪的應激反應、炎症增加及營養物質水平的變化導致Scott的基因表達與其兄弟相比變化了7%，其中與免疫系統有着密切關係。

　　“宇航員在太空中的主要問題是太空相關的神經眼綜合症（Space-Associated Neuro-ocular Syndrome，SANS） ，許多宇航員會出現SANS相關的視力損害，這可能是血管系統多次撞擊的結果。”在長時間飛行後，在宇航員身上也觀察到類似於動脈粥樣硬化的心血管變化，SANS和心血管問題都是美國宇航局完成長期太空飛行任務之前需要解決的主要生理障礙，例如擬議的21世紀30年代火星任務。

　　此外，Scott體內白細胞中染色體的端粒長度發生了顯著改變。通常，科學家認爲端粒的長度決定着人類的壽命長短。結果顯示Scott的一部分端粒縮短了，但卻增長的更快，這與科學家們的預期恰恰相反。此外，電離輻射也引起了Scott體內染色體的一些結構變化。

　　處於微重力環境的Scott與其兄弟Mark相比，頸動脈壁厚度增加及膠原蛋白含量下降，同樣還伴隨着一些認知上的變化。雖然Scott的認知能力在太空中可以保持良好狀態，但回到地球后卻有所下降。好在這一變化是暫時的，只是恢復時間會比較長，但能否完全恢復到正常狀態尚不得而知。可以預見，隨着在太空環境的時間加長，這一變化也會更加明顯。

　　這項研究的挑戰之一是在全年的多個時間點內收集國際空間站上足夠的生物流體，以便所有10個調查小組對太空中的人體進行全面的組學分析。空間中的血量下降，宇航員長期脫水。這些因素增加了在太空中獲取樣本的難度。“我們的研究建立了收集和運輸樣本的指南，可以用於未來宇航員的多組學研究。”

　　雖然Scott的端粒平均長度、基因表達效果和微生物組變化在返回地球后的六個月內就基本恢復到了正常水平，但在後期追蹤研究時仍然觀察到較短端粒的數量有所增加，這說明一些基因的表達還是受到了影響。

　　科學家還發現在太空腸道微生物中細菌的比例發生了明顯變化，這將有助於爲未來的火星任務提供實驗參考依據。除此之外，流感疫苗在太空中的效果與在地球上基本相同，這也可以看作是一個好消息。

　　人類究竟能否適應長期的太空旅行？或者長時間處於微重力、高輻射環境對人體上海究竟有多大？現在回答這些問題還爲時過早，但無論如何，這項對分子、生理和行爲學數據的研究意義重大。在太空探索愈加繁榮的今天，它爲宇航員們的健康保障提供了寶貴的信息。該研究結果發表在《Science》雜誌上。

　　作者/朱張航宇

　　參考文獻：The NASA Twins Study:A multidimensional analysis of a year-long human spaceflight, Science, 12 Apr 2019:Vol. 364, Issue 6436, eaau8650, DOI:10.1126/science.aau8650