太空生育可行否?(1)
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顺利完成12天太空飞行后,2016年4月18日下午,中国首颗微重力科学实验卫星实践十号回收舱于16时30分准确降落在内蒙古四子王旗预定着陆区域。回收舱携带有小鼠胚胎等“乘客”,着陆状态正常、外观良好,卫星搜索回收任务顺利完成。
实践十号科学实验卫星的重要研究项目之一是,把6000余枚小鼠早期胚胎带上了太空,研究表明,小鼠早期胚胎在太空中顺利完成从2个细胞到囊胚的全程发育。这是世界上第一次实现哺乳动物胚胎在太空发育。
太空胚胎发育有进展
这个研究是中国科学院动物研究所研究员段恩奎等人主持进行的,研究的目的是探索未来在太空环境中,人类能否正常生活、繁衍后代?空间微重力和辐射等特殊环境会不会对生殖造成不良影响?无论是前瞻性还是现实性,实际上这是通过动物胚胎发育探索人类在太空能否安全生育。
当然,这只是动物研究,真正要应用到人类,可能还有很长的路要走,但这并不妨碍把动物试验的结果应用到人类的生育上。
太空是一个迥然不同于地球的环境,表现为微重力、强辐射(包括伽马射线、高能质子等)和高真空,这样的环境显然对生育是不利的,因为,这样的环境会导致生物基因产生种种突变,如染色体缺失及基因重复、易位、倒置等。
过去的研究已经证明,太空环境不利于生育。1996年,美国人捷足先登,把49枚小鼠胚胎(2个细胞)放到哥伦比亚号航天飞机送上太空,结果无一发育。2006年,中国科学院动物研究所的段恩奎团队利用中国实践八号育种卫星留轨舱,把小鼠胚胎(4个细胞)送上太空进行发育试验,首次获取了太空中的小鼠胚胎图片,遗憾的是它们在太空未能完成发育。
中国研究人员此次的研究获得了初步成功,第一次证明哺乳动物早期胚胎在太空微重力条件下,完全可以发育到囊胚阶段,而且,发育的时间与在地面上的时间基本一致。
这次的研究是在实践十号上装载安放小鼠胚胎的装置,这些装置在发射前8小时最后一个装上卫星,以最大程度缩短在地面停留的时间;在转运及装载过程中要求不能断电超过20分钟,以保证它们的状态。实际上在装载过程中只断电了12分钟。
进行发育试验的小鼠部分胚胎被分为4个单元,每个单元内有150个左右胚胎,卫星入轨后每4小时照相一次,记录它们的状态,直到96小时为止。在72小时左右,2细胞胚胎就发育到囊胚,和地面上时间基本一致。
但是,这并不意味着动物的太空生育就可行,原因在于,除了这是动物试验外,还在于,这次发育到囊胚阶段的胚胎并未植入到小鼠子宫发育,发育成囊胚的胚胎如果没有及时在母体子宫着床,就会慢慢死亡。
顺理成章地,下一步的研究是,短时间回收在太空发育的胚胎,如3天,带回地面植入小鼠子宫中发育,看其是否能孕育成后代。当然,也可以在太空环境中把胚胎植入小鼠子宫,看其是否能孕育并分娩。更直接的研究是,把小鼠带入太空环境,看看它们能否交配和怀孕,并生下后代。另一个办法是,在地面上待小鼠怀孕后再放置到太空飞船或卫星上并送到太空,看其能否正常孕育和分娩后代。
在太空生育的难度
无论是在太空还是在火星上,人类和所有生物都面临着微重力、强辐射的环境。人类即便能移民到火星,后者也有辐射,因为火星的大小只有地球的一半,质量只有地球的1/10,除了有强烈的辐射外,与地球相比火星也是一个微重力环境。
另外,目前人类心仪的火星移民按现有的航天飞行器的速度平均也需要200多天(水手6号1969年飞经火星用了115天,维京2号轨道器/着陆器1975年飞经火星用了333天),在移民途中和到了火星人类都面临着孕育后代的任务。
但是,在太空生育必须克服两个主要难题,一是微重力,另一是强辐射。关于微重力对生育的影响,也有一些研究人员在地球上模拟太空的微重力环境进行过动物试验。加拿大圣文森特山大学生物学家塔玛拉·弗朗兹·奥顿纳尔带领的团队利用生物反应器通过快速旋转模拟微重力状态,这种状态通常是在星际空间中才出现,是一种极低重力状态。
在试验中,研究人员把斑马鱼经过受精10~14个小时的受精卵放入一个微重力状态的生物反应器中,以观察这些受精卵发育成后代后的骨骼及头骨中软骨的生长。当受精卵孵化成幼鱼时,研究人员将这些斑马幼鱼染成蓝色,并将它们与那些未在微重力环境下生活的幼鱼进行对比。
结果显示,经受了微重力环境的斑马鱼幼鱼的鳃弓发生了变化。此后,这些幼鱼在后来的一生中还出现了许多缺陷。在数月时间里,它们头骨的基骨发生了弯曲。另外一项研究也发现,经过生物反应器微重力环境的斑马鱼的前庭系统存在许多缺陷,最终导致它们过早死亡。
另外,2010年,曾经跟随美国航空航天局STS-131任务组完成太空飞行的16只小鼠出现了卵巢萎缩症状。科学家推断,它们的生殖系统已“关闭”。这意味着太空环境对生物生殖和发育有严重影响。
上述试验都是在卵子受精形成受精卵或胚胎的情况下进行的。如果是人类在太空生育,另一个必须解决的前提是,在太空的微重力环境下进行性爱。这个研究据说美国和苏联曾经让宇航员进行过,总体结论是,由于微重力环境,只有4种做爱姿势适宜在失重状态下进行。但是,即便能进行性爱,精子进入女性体内也比较困难,并且有可能造成宫外孕,因此太空生育的第一步——性爱和让精子与卵子结合也存在较大难度。
从太空育种看太空生育
研究人员已经研究过微重力状态对动物生殖的影响,但是,辐射对生育的影响却没有在动物身上专门研究过,更不用提在人身上进行试验了。不过,可以比照的试验是作物的太空育种。太空育种也是在强辐射和微重力条件下进行的。 (王晓冰)

