喻菲　王聰　榮啟涵　吳晶晶

人類能否在太空繁衍等謎團需要通過一系列嚴格的科學實驗來一步一步解開，哺乳動物早期胚胎能夠在太空實現(xiàn)發(fā)育只是解開人類太空繁衍眾多謎團的第一步。

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，地球之花還會按故鄉(xiāng)的時間綻放嗎？會有別樣的美嗎？會結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)境會不會對生殖造成不良影響？

……

現(xiàn)在要回答這些問題也許還為時尚早，但中國科學家在太空中開展的19個新奇又有趣的實驗，能幫助積累和增進相關的知識。

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，長征二號丁運載火箭將實踐十號衛(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，著陸在內蒙古四子王旗，幫助科學家揭示微重力環(huán)境和空間輻射對生命的影響。

開辟太空實驗場

實踐十號是中國第25顆返回式衛(wèi)星，也是首顆大規(guī)模實施空間微重力實驗的衛(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特現(xiàn)象。

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

實踐十號首席科學家、中科院院士胡文瑞解釋，在空間站上做實驗的優(yōu)勢包括時間長、可以人為控制等，但殘余重力的干擾可能給實驗結果帶來影響。實踐十號衛(wèi)星是專門為科學而設計的衛(wèi)星，可為實驗提供比空間站更低的重力，對一些實驗更加有利。

同時，在返回式衛(wèi)星上做實驗機動性更好。一些實驗樣本希望裝到衛(wèi)星上的時間離發(fā)射越近越好，例如這次實驗中的干細胞、骨髓樣品、胚胎等是在發(fā)射前幾個小時才裝入衛(wèi)星。并且，在實驗結束后，樣品能隨返回艙盡快回收，取出分析。

實踐十號科學應用系統(tǒng)總設計師康琦說，利用返回式衛(wèi)星開展空間科學實驗，實驗環(huán)境好、微重力水平高、風險小、成本低，一次飛行可提供較多的實驗機會，特別有利于開展國際合作，是一個非常重要的空間實驗手段。

實踐十號衛(wèi)星總設計師趙會光說，返回式衛(wèi)星有著獨特的優(yōu)勢，不少生物實驗、生命科學實驗和科學搭載實驗，在軌實驗后都需要返回地面來直接分析資料。此外，樣本在太空停留時間不能太長，而要在未來空間站進行，返回一次時間較長，所以這種短期、需實物的實驗用返回式衛(wèi)星非常合適。

世界首次！中國實現(xiàn)哺乳動物胚胎在太空發(fā)育

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

“對哺乳動物早期胚胎在太空發(fā)育的研究迄今只有3次嘗試。”這項實驗的負責人、中科院動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將49枚小鼠2細胞胚胎送上太空，結果無一發(fā)育。此后國外再無進行此類實驗。

第二次是10年前。2006年，段恩奎領導的團隊利用我國實踐八號育種衛(wèi)星留軌艙，開展了小鼠4細胞期胚胎太空發(fā)育實驗，首次獲取了太空中的小鼠胚胎圖片，但遺憾的是它們在太空未能完成發(fā)育。

第三次就是實踐十號任務?！斑@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。

為了實現(xiàn)這一科學目標，科學家們完成了“不可能完成”的任務：中科院上海技術物理所研究員張濤領導的胚胎培養(yǎng)載荷研究團隊將地面龐大復雜的胚胎實驗室濃縮成了一個微波爐大小的培養(yǎng)箱和一個電控箱，且使其具有密閉培養(yǎng)、自動搜索識別顯微成像、遙控固定、圖像下傳等功能。

10年來，科學家們深入分析，對太空胚胎培養(yǎng)方法和固定技術進行了多方面的研究和改進。

“比如，我們科學團隊與西北農(nóng)林科技大學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)了進行大量早期胚胎冷凍、解凍的新技術，以前一次能冷凍1到10個胚胎，現(xiàn)在能一次冷凍50到100個左右。”段恩奎說。

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

解開人類太空繁衍謎團第一步

在實踐十號上，安放小鼠胚胎的裝置在19個載荷中屬于最受關愛和特殊照顧的“寵兒”。

“它在發(fā)射前8小時最后一個裝上衛(wèi)星，以最大程度縮短在地面停留的時間；在轉運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)，事實上僅斷電了12分鐘。另外發(fā)射前4小時要進行一次自動搜索顯微成像?！倍味骺榻B。

進行發(fā)育實驗的小鼠胚胎被分為4個單元，每個單元內有150個左右胚胎，衛(wèi)星入軌后每4小時照相一次，記錄它們的狀態(tài)，直到96小時為止。“在72小時左右，2細胞胚胎就發(fā)育到囊胚，和地面上時間基本一致?！倍味骺f。

據(jù)介紹，發(fā)育成囊胚的胚胎如果沒有及時在母體子宮著床，就會慢慢死去，所以這些小鼠胚胎無法回到地球繼續(xù)生長發(fā)育。“如果將來有機會短時間就能回收這些胚胎，比如3天，也許就可以及時將它們植入母體，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)育實驗，還有一部分胚胎在裝星后72小時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，用于完成此次實驗的另一個科學目標——探討太空環(huán)境對胚胎發(fā)育影響的作用機制。

“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回實驗室進行全方位分析研究，與地面對照實驗結果比對，分析胚胎形態(tài)變化，進行基因蛋白監(jiān)測，篩選出影響太空哺乳動物早期胚胎發(fā)育的相關基因?！倍味骺f。

“我們希望能為未來人類太空活動中生殖健康提供科學依據(jù)。”段恩奎說。

他同時指出，人類能否在太空繁衍等謎團需要通過一系列嚴格的科學實驗來一步一步解開，哺乳動物早期胚胎能夠在太空實現(xiàn)發(fā)育只是解開人類太空繁衍眾多謎團的第一步。