孪生宇航员对比研究揭示太空生活真相

一项关于孪生宇航员的对比研究表明，宇航员长期生活在太空环境下，会从微观的分子和基因，到具体的生理和行为都产生种种改变，而且这些变化大多是有风险的。

南方周末特约撰稿 张田勘

2019年4月12日的美国《科学》杂志封面文章发表的是美国宇航局（NASA）一项关于孪生宇航员的大规模对比研究结果。研究对象是美国同卵双胞胎宇航员弟弟斯考特·凯利（Scott Kelly）和哥哥马克·凯利（Mark Kelly）。

在双胞胎兄弟50岁的2015年，弟弟斯考特前往国际空间站工作一年，哥哥马克留在地上工作。从2015年3月27日到2016年3月1日，斯考特在空间站的所有情况都受到监测，并通过补给太空船，将其在太空站的血液、尿液及粪便样本，以及其他生理数据送回地球检测，再与哥哥马克在地球的生理记录作对照研究。

凯利兄弟二人形成天上人间的对照者，而且在一年任务期满斯考特返回地球后，还对兄弟俩的状况进行对比研究。现在，经过3年的研究，《科学》杂志发表了20页的研究报告。

人类是否适宜移民地球之外的太空，无论是火星还是月球，一直没有较多的可靠科学证据。此次的研究可能给予了部分回答。因为，迄今只有559人离开过地球在太空生活过，其中，屈指算来，在太空生活超过300天以上的人只有8位。在太空生活了其实不到一年的斯考特与其生活在地球上的孪生兄弟马克不仅是最好的研究对象，而且也得出了迄今比较全面和翔实的研究结果，因为他们具有相同的基因。

NASA的研究规模庞大，设计了10个研究项目，包括双胞胎宇航员的认知能力、生化水平、表观遗传学、基因表达、免疫系统、代谢能力、微生物组、蛋白质组、生理学和端粒长度10大内容，由12所大学的八十多名科学家共同参与和设计，并进行研究。

对凯利兄弟俩的对比研究除了是一个在天上一个在地下的兄弟之间的对比，也进行了对斯考特自身在上天前、上天之间，以及从天上回来之后的大量数据对比研究。研究总体结果表明，宇航员长期生活在太空环境下，会从微观的分子和基因，到具体的生理和行为都产生种种改变，而且，这些变化大多是有风险的。根据风险的大小，由高到低分为三级。

最高级的风险是基因和分子变化。斯考特一些细胞里的染色体片段发生了突变、倒置，特别是与免疫系统有关的基因表达出现了异常；斯考特的DNA甲基化率要比马克的小一些，但这种差异最大时也不超过5%；另外，斯考特染色体上的端粒也发生了变化，在太空期间端粒明显延长，在回到地球后端粒又加速缩短。不过，斯考特的基因中大约90%的变化已经复原，但还是有8.7%的基因变化至今仍未恢复。

研究人员认为，太空中的辐射、零重力环境等是造成基因突变的重要原因，其中，高能宇宙粒子能穿过细胞，因而可能造成了斯考特的基因突变和端粒变长。斯考特在2015-2016年间完成任务的太空站，正好处于高能带电粒子范艾伦（Van Allen）辐射带下方，辐射量是地球的48倍。地球上造成对斯考特基因这样的损伤大约需要50年，但是，在太空的辐射背景下，还不到1年的时间就会造成这样的后果。

而且，在太空中斯考特的端粒变长并非意味着其寿命可能延长（端粒决定细胞分裂周期和长度，端粒长寿命也长），因为这是一种在太空中受到环境影响的突然变化，而且在返回地球后斯考特的端粒就迅速复原并缩短。这意味着，斯考特既有患癌的风险（许多癌变的第一步就是延长端粒，让细胞永生），也有加速衰老的风险。

斯考特在太空的中级风险是，有心血管方面的改变和未来潜在的病变。在太空中，宇航员是处于失重状态，人体内的体液分布与在地球上有很大的不同，会影响到心血管的生理功能。斯考特的颈动脉出现扩张，颈动脉壁的最内两层出现增厚；颈动脉外，斯考特的视网膜脉管系统也出现了一定的异常变化，这些变化可能会导致未来潜在的心脑血管疾病和视力障碍的风险。

斯考特在太空的低级风险主要体现在肠道菌群变化、体重变化、认知能力下降等方面。在人体内，超过90%的肠道菌群来自厚壁菌（Firmicutes）和拟杆菌（Bacteroidetes）。通过比对斯考特在太空中的肠道菌群，发现其厚壁菌变得更多，拟杆菌数量则有所降低。但是，当斯考特返回地球后，两种细菌数量之间的比例也逐渐恢复正常。

斯考特在太空体重略为变轻，研究人员认为，这是因为斯考特执行了严格的体能训练计划，并且在饮食上限制了热量摄入，同时在太空中吃的食品可能更健康。当然，在伴随体重降低的同时，斯考特体内的叶酸水平也升高了，但原因尚难解释。不过，回到地球后他的体重和叶酸也恢复了正常。另外，斯考特的认知能力刚好相反，在太空正常，但是在返回地球后有所下降，不过这种情况也是短暂的，过了一段时间就恢复正常了。

当然，斯考特本人的感受也属于低风险级别。斯考特在刚回到地球的那几天非常难受，有很长一段时间都没有活力，相当疲惫，斯考特称，“我还以为自己得了流感”。

对这类低级风险，研究人员目前难以有完美的解释，太空辐射、失重环境、生物钟紊乱和宇航员的特殊食物等，都有可能导致这类改变。不过，肠道菌群比例在天上的变化究竟对人体是有益还是有害，也难下定论。而且，加上此前的航天员返回地面的情况，在太空人体发生的变化到回到地球后，在六个月内几乎都会恢复到正常。

不过，从各类风险看，人类想要移民太空，最需要克服和避免的就是中级和高级风险，因为心血管变化可能导致生理功能异常，甚至可能导致猝死，而基因突变，则可能导致患癌和寿命减少等。

当然，还有一种可能是，探索太空可以，但并非以移民为目标，因为那样风险太大，将会以健康和生命为代价，最好的方法就是珍惜、善待、维护并建好人类的地球家园，让这个家园适合于所有人栖息，而且需要升华到诗意地和可持续地栖息。