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揭秘“神八”为什么带线虫上天

2012/01/09 来源:中国科技网
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导读
英国科学家现已成功地发送这些蠕虫抵达国际空间站,来测试它们如何进行太空旅行。这种体型微小的线虫是秀丽隐杆线虫,由于它拥有与人类一样的20000多种基因,以及类似的肌肉组织和中枢神经系统,因而被选中来执行200英里太空旅行。

■ 新闻缘起

据英国每日邮报报道,或许在人类涉足火星之前,一种奇特的蠕虫将作为“太空先锋”成功地在火星表面繁衍生息。英国科学家现已成功地发送这些蠕虫抵达国际空间站,来测试它们如何进行太空旅行。这种体型微小的线虫是秀丽隐杆线虫,由于它拥有与人类一样的20000多种基因,以及类似的肌肉组织和中枢神经系统,因而被选中来执行200英里太空旅行。在为期6个月的太空之旅中,它们不仅保持健康状态,甚至还在太空轨道繁衍了24代子孙。英国诺丁汉大学的研究小组负责执行这项研究,将部分理解宇航员在太空旅行中所遭受的影响。

世界人口的急剧膨胀,使我们的地球家园变得越来越拥挤。在经过成功发射各种卫星、飞船、探测器以及顺利登月之后,科学家们一致认为:人类移居太空不再是虚无缥缈的幻想,人类大规模移居太空已为期不远。

可是太空移民目前仍有许多无法预知的风险,面对这一现实,为了获得太空移民的最终成功,我们该找谁来当“太空探测员”呢?

最近的科学研究表明,“线虫”或许是个不错的选择。

为何选择线虫?

我们已知的生物多种多样,为何偏偏选择线虫当做移居太空的探路者呢?毕竟,我们看起来和线虫一点也不一样。

中科院水生生物研究所副研究员王高鸿博士说:“我们现在研究线虫比较多的是肌肉方面,这点与我们人类是特别像的。不仅如此,线虫的神经系统以及各方面的发展与人类也很相似,它们在地球上已经长期被用作科学研究中的模式生物,线虫在地面模拟失重实验中会发生肌肉萎缩的现象,肌细胞发育的异常,这与我们宇航员情况类似。并且线虫在遗传与发育生物学、行为与神经生物学、衰老与寿命、人类遗传性疾病、病原体与生物机体的相互作用、药物筛选、动物的应激反应、环境生物学和信号传导等领域都有很好的研究价值。”

线虫能否禁得住太空折腾?

太空飞行危险重重,小小的线虫看起来弱不禁风,倘若在庞然宇宙中难道不会变得更加脆弱吗?线虫在太空中如何安稳生长成为疑问。

“线虫的体型很小,成虫体长大约1mm。线虫的生命支持系统要求并不高,这一点很关键。”王高鸿研究员说“一般生物的话,比如我们之前也做过鱼的研究,但是鱼如果想要在太空生存的话,所需要的附属条件,比如空气、食物、水等等的供给就是一个很庞大的生命支持系统。线虫就不一样,由于体积小,所以在太空舱内它所需的条件,在试验周期内我们都可以满足。”

此外,王高鸿博士还强调:“线虫抗冲击力相对于人类来说会更强一些,因为线虫是没有骨头的,属于无脊椎动物,一些冲击对它们造成不了太大影响。”

秀丽线虫曾在2003年成为媒体关注焦点,当时它们在“哥伦比亚”号空难中幸存下来。重返地球时,这些线虫被放入密封在铝罐内的培养皿。在航天飞机残骸坠地后几周,工作人员发现了这些幸存者。

线虫在太空会生病吗?

在一些科幻小说里经常出现这样的场景:一些物种被寄养在太空之后发生基因变异,有些变得异常庞大,有些则迅速消亡。回到现实,问题依然存在:线虫在太空之行中会不会发生一些病变?

王高鸿博士说:“在太空之行中,线虫也和人类一样出现肌肉萎缩现象。我们这次研究的秀丽隐杆线虫是第一种遗传结构已被绘制完成的多细胞有机体,在其2万个基因当中,许多执行与人类基因相同的功能。其中50%至60%的基因与人类基因承担的功能非常相似。根据这个情况,通过线虫来研究可以开发预防航天员的肌肉萎缩的药物,除了肌肉萎缩外,这项研究还将帮助我们更多地了解零重力状态如何影响卧床不起的人,以及导致糖尿病、外伤和衰老的原因,对今后人类登上太空可能发生的一些病变起到预防的作用。这是目前我们研究的主要内容。”

线虫会不会污染太空环境?

垃圾处理已成为太空飞行中急待解决的问题,因此线虫的存在对太空环境会不会造成污染也是我们所疑惑的问题之一。

对此,王高鸿博士解释说:“这个现象应该不会发生。如果线虫在外太空便会立刻死亡,外太空不具备地球上生物的生存条件,除了细菌的孢子外,其它物种的生物体会被宇宙射线和真空杀死,甚至有些会马上分解掉。在舱内的话,我们会有系统的处理机制,线虫相对生存环境空间很小,作为我们的科研对象,基本上不构成污染源。”

■ 专家连线

“太空探路者”不仅仅只有线虫

王高鸿:中科院水生生物研究所副研究员

线虫作为太空探路者是时下人们讨论的热点,但是只有线虫这一种生物可以作为实验对象吗?

除了线虫之外,我们与国内的兄弟单位还做了很多的物种研究,比如蜗牛,藻类,植物、轮虫,微生物等。目前我们主要是围绕空间生命支持系统作为研究重点,即如何为宇航员在太空飞行时提供食物、氧气、干净的水及回收处理废物,植物和藻类可以为宇航员提供氧气和植物性食物,而藻类的蛋白质含量很高,甚至可以作为宇航员的食品,再比如水生动物像蜗牛、鱼类等动物性蛋白也很高,未来可以提供宇航员营养价值高的动物性蛋白食品,对于将来的空间长期飞行和地外探索具有重要意义,另外微生物主要是进行废物的循环利用。这次由于飞行实验条件的限制,我们遗憾没有实现鱼类的空间飞行实验,但我们一定会继续努力。

■ 延伸阅读

神八实验揭秘:线虫的太空之旅

我是一条线虫,但不是你想象中的寄生虫,你可以叫我的英文名字:C.elegans。我坐着神八飞船,在太空进行了长达十六天半的旅行。

自然状态下,我生活在泥土中,以细菌为食。成年后身长约1毫米,人类在显微镜下才能看清。我通体透明,长得不好看。可大连海事大学环境系统生物学研究所孙野青教授和同事们,却常夸我是“可爱美丽的小天使”,还给我起了个好听的名字:秀丽隐杆线虫。

不是吹牛,我是天生的“航天员”。在空间生命科学领域,我的家族可谓声名远播。从1975年开始,我的同类就先后搭载美国国家航空航天局的航天飞机邀游太空。

为什么选择我们呢?一是因为我们在-80℃长期冻存后仍能恢复活力,是目前已知的唯一能低温冻存的多细胞真核动物。我在逆境时进入休眠期,像熊冬眠一样,不发育、不吃东西,时间可以长达2个月左右。二是我们基因组很小,仅为人类基因组的3%,但有约40%的基因与人类同源。据科学家们说,我们身上很多调控发育的基因和人类很相似,一旦研究清楚在空间辐射环境或空间辐射和微重力同时存在的环境下,我们的这些基因是如何变化的,将给航天医学及空间辐射损伤预警做出巨大贡献。

因此,我们在太空中要接受辐射,再把这些辐射损伤的印记带回来。所以我们在地面不能有任何损伤,坐飞机时都不能过安检,临上太空前还要在航天城“集训”两周,看我们能否顺利登舱。

这次上太空,我的“房子”是德国航空航天中心DLR研制的SIMBOX(生物支持系统实验盒)内的38个小盒子之一,大约18ml。这么小的空间,却住了十万伙伴。SIMBOX可不简单,它的里面安装了1g的离心装置,模拟地球的引力。我们分成两组,分别被装入在1g的离心机上和附近固定的房子里,有些伙伴只接受空间辐射,有的既接受空间辐射又感受微重力的。当返回地球后,我们就可以被比较分析变化的差别。我们屏住呼吸,停止发育,把空间环境影响的印记尽量留在身上。

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