葛葉

一對(duì)孿生兄弟，兩人皆是25歲，哥哥被選為宇航員，以光速在太空中航行，70年后回到地球，此時(shí)弟弟幾歲？哥哥幾歲？這道題也許你并不陌生，這是一道物理題，旨在幫助理解狹義相對(duì)論。

美國(guó)宇航局做了一個(gè)類似的研究，雖然沒有光速飛行，也沒有那么長(zhǎng)的時(shí)間跨度，但同樣是研究雙生子在太空與地球上生活后的差異。一對(duì)同卵雙胞胎宇航員，斯科特·凱利和馬克·凱利，就是他們本次研究的對(duì)象。斯科特·凱利于2016年3月被送到國(guó)際空間站，而馬克·凱利則留在地球上。斯科特在國(guó)際空間站待了約一年后回到地球，與馬克一起接受對(duì)比研究。這個(gè)為期將近兩年的研究終于了解了人體長(zhǎng)時(shí)間在太空中會(huì)發(fā)生怎樣的變化。

太空飛行，基因突變

通常認(rèn)為，太空航行會(huì)引起人的基因突變，美國(guó)宇航局的這次雙胞胎實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)。與留在地球上的馬克相比，斯科特經(jīng)歷了幾百次的基因突變。

雖說基因突變是可以預(yù)料的，但如此多次的突變還是令人震驚的?？蒲腥藛T解釋，這是因?yàn)樘罩械膲毫κ辜?xì)胞釋放出游離的DNA和RNA到血液中，這些游離的DNA和RNA會(huì)使體內(nèi)產(chǎn)生新的脂肪和蛋白質(zhì)，還能激活或抑制某種基因的表達(dá)。盡管93%的基因突變?cè)诨氐降厍蚝蠡謴?fù)了正常，但仍有一些依舊保持突變狀態(tài)。

科研人員認(rèn)為，在太空中引起基因突變的誘因中，有幾點(diǎn)是值得關(guān)注的，分別是缺氧、線粒體增加、端粒延長(zhǎng)、DNA修復(fù)和DNA損傷、膠原蛋白減少、血液凝結(jié)、過度活躍的免疫系統(tǒng)等等。除此之外，在太空中基因的表達(dá)也改變了。斯科特體內(nèi)一種有助于調(diào)節(jié)端粒生長(zhǎng)的基因和一種與膠原蛋白產(chǎn)生的基因附近都發(fā)生了甲基化。

太空中的生理變化

端粒位于真核生物染色體的末端，它控制細(xì)胞的分裂周期。除了某些細(xì)胞，如精原母細(xì)胞、癌細(xì)胞中，因?yàn)楹卸肆Ｃ福肆Ｄ軌驈?fù)制，而在其他細(xì)胞中，端粒是無法復(fù)制的，因此在細(xì)胞一次次分裂，端粒會(huì)越來越短，一旦端粒耗盡，細(xì)胞將會(huì)凋亡。所以端粒與細(xì)胞老化有明顯的關(guān)系。

在研究凱利兄弟的過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)在太空中，斯科特的端粒會(huì)顯著增長(zhǎng)，而留在地球上的馬克卻沒有這樣的變化。端粒較長(zhǎng)則不容易患上與衰老有關(guān)的疾病。但是，斯科特的這種端粒變長(zhǎng)現(xiàn)象沒有維持多久，在回到地球48小時(shí)后，他的端粒迅速縮短恢復(fù)到了上太空前的長(zhǎng)度。研究人員認(rèn)為，這種短暫性的端粒延長(zhǎng)可能與他在太空中的鍛煉和嚴(yán)格控制的低卡路里飲食有關(guān)。

美國(guó)斯坦福大學(xué)進(jìn)行了另一項(xiàng)研究，研究人員發(fā)現(xiàn)，在微重力環(huán)境下的斯科特比在地球上的馬克更容易產(chǎn)生炎癥。在太空時(shí)，斯科特體內(nèi)的脂質(zhì)代謝失衡，細(xì)胞因子增多，脂質(zhì)和細(xì)胞因子都是炎癥的重要指標(biāo)，這兩者的變化都說明了斯科特特內(nèi)炎癥增多。

此外，斯科特體內(nèi)的一些用于激活胰島素的蛋白質(zhì)也增加了。炎癥會(huì)引起胰島素抵抗，胰島素抵抗是指脂肪細(xì)胞、肌肉細(xì)胞和肝細(xì)胞對(duì)胰島素反應(yīng)不足的情況，它們需要高濃度的胰島素才會(huì)對(duì)胰島素產(chǎn)生反應(yīng)。所以，用于激活胰島素的蛋白質(zhì)增加從側(cè)面反映出了斯科特體內(nèi)炎癥的增加。

雖然太空飛行，會(huì)使人體炎癥增加，但在太空中，流感疫苗一樣有用。

為了研究太空對(duì)人體免疫系統(tǒng)的影響，美國(guó)斯坦福大學(xué)的研究人員在飛行前和返回地球后，給斯科特和馬克注射了同樣的流感疫苗。在這次試驗(yàn)中，無論是起飛前還是回來后，在接種疫苗后，這對(duì)雙胞胎的免疫細(xì)胞對(duì)流感的反應(yīng)都相似。所以不用擔(dān)心太空旅行后流感疫苗不管用了。

微生物群落改變

雖然肉眼看不到，但我們每個(gè)人體內(nèi)都居住著龐大的微生物群，被稱為微生物群落。這些小家伙雖不起眼，但在人體的健康中卻扮演著極其重要的角色。研究人員研究了這對(duì)雙胞胎在整個(gè)任務(wù)過程中的微生物群落變化情況。

他們發(fā)現(xiàn)，兄弟兩人的微生物群落在各個(gè)階段都是不相同的。但這并不稀奇，因?yàn)槲⑸飳?duì)環(huán)境差異非常敏感，每個(gè)人的微生物群落差異很大。然而，斯科特本人在飛行前的微生物群落與在太空時(shí)有所不同，他體內(nèi)的擬桿菌屬顯著減少，但這樣的變化在斯科特返回地球后就恢復(fù)了正常。

盡管在太空和地球上，斯科特體內(nèi)的微生物群落確實(shí)發(fā)生了變化，但當(dāng)?shù)厍蛏先藗兇蠓雀淖冿嬍沉?xí)慣或換新環(huán)境時(shí)，微生物群落也同樣會(huì)發(fā)生變化。所以太空航行，微生物群落的改變似乎不需要太過擔(dān)憂。

太空旅行后，變糊涂

美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的一項(xiàng)研究監(jiān)測(cè)的是兄弟二人的認(rèn)知能力。自斯科特離開地球前、航行過程中、返回地球后，兄弟倆多次接受了10種不同的認(rèn)知能力測(cè)試，用以研究微重力環(huán)境對(duì)人的認(rèn)知能力的影響。

以斯科特航行前的測(cè)試為標(biāo)準(zhǔn)，研究人員發(fā)現(xiàn)在近一年的太空旅程中，斯科特的認(rèn)知能力并沒有什么變化，似乎微重力對(duì)他的認(rèn)知能力沒有任何影響。然而，當(dāng)他回到地球上再接受測(cè)試時(shí)，斯科特的答題速度不如從前，正確率也下降許多，變得迷糊許多。研究人員認(rèn)為，回到地球后，重新適應(yīng)地球重力確實(shí)導(dǎo)致了斯科特的認(rèn)知能力下降，但這一點(diǎn)還需要進(jìn)一步的研究。當(dāng)然這樣的結(jié)果也不排除斯科特是因?yàn)榉泵Φ姆岛饺蝿?wù)而疲憊所導(dǎo)致的。

雖然太空旅行中人體會(huì)有一些變化，但阻止不了人類探索太空的熱情?？傆幸惶欤絹碓蕉嗟娜藭?huì)有機(jī)會(huì)離開地球，飛向太空。