2015年到2016年，NASA（美國航空航天局）在國際空間站上開展了為期一年的“雙胞胎實驗”。實驗期間，一對同卵雙胞胎航天員中的弟弟斯科特·凱利在國際空間站上駐留了340天，而他的哥哥邁克·凱利則留在了地球上與斯科特共同執(zhí)行雙胞胎任務(wù)。地面的科學(xué)家同時觀測兩兄弟的生活，并在任務(wù)全程定期提取血樣進(jìn)行分析。借此對國際空間站駐留任務(wù)前中后兩兄弟各項生理數(shù)據(jù)的異同進(jìn)行比對。這項實驗研究了太空環(huán)境對人體的基因表達(dá)、生理變化、免疫功能、認(rèn)知能力等十個方面的影響。

NASA“雙胞胎實驗”中的雙胞胎航天員（圖片來源：NASA官網(wǎng)）

“雙胞胎實驗”取得了很多研究成果，其中一項發(fā)現(xiàn)就是——太空中人的端粒會變長。既然端粒的加長意味著衰老速度的減緩，那是不是表明長時間的空間飛行會延長人類的壽命呢？

我們先來了解下什么是端粒。端粒是一小段DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體，存在于染色體末端，用于保護DNA主要部分不在細(xì)胞分裂期間受損，端粒的長度反映細(xì)胞復(fù)制史及復(fù)制潛能，隨著年齡的增長，端粒長度往往會縮短。端粒越短，表明細(xì)胞的壽命越短；越長，表明細(xì)胞的再生能力越強。所以，端粒的長短意味著衰老的程度。

端粒位于染色體末端（圖片來源：NASA官網(wǎng)）

然而，令人遺憾的是，NASA研究人員發(fā)現(xiàn)，在斯科特返回地球后的幾天內(nèi)，他的大多數(shù)端粒又縮短了，恢復(fù)到和邁克相同的長度[1]。變長和變短的原因都很復(fù)雜，科學(xué)家們還在研究中。航天員在國際空間站執(zhí)行嚴(yán)格的運動鍛煉何平衡的熱量攝入是有利于維持端粒長度的，所以，不管在天上還是地球上，更健康的生活方式可以延長壽命。

其實，太空并不是神話故事里長生不老的仙境，包括NASA“雙胞胎實驗”在內(nèi)的一系列研究結(jié)果表明，太空環(huán)境對我們并不友好。先不考慮高真空、強輻射、極端溫度等惡劣因素，單就重力因素而言，人類在地球上生活了數(shù)十萬年，身體是按照適應(yīng)地球重力環(huán)境的方向來進(jìn)化的，目前看來人類在微重力環(huán)境下生存還存在許多的不適應(yīng)和要解決的醫(yī)學(xué)問題。

長期飛行的航天員免疫功能為什么下降？航天飛機、俄羅斯飛行器和國際空間站上進(jìn)行的實驗表明，微重力環(huán)境下免疫細(xì)胞信號、細(xì)胞因子發(fā)生了變化，表明免疫系統(tǒng)在微重力條件下受到抑制。當(dāng)然，微重力之外，生理壓力、晝夜節(jié)律紊亂、輻射和其他航天因素也可能影響航天員的免疫反應(yīng)[2]。

針對心腦血管功能退化的現(xiàn)象，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，在微重力環(huán)境下，人類會出現(xiàn)心臟的形狀改變，用于收縮血管的肌肉萎縮等情況，從而導(dǎo)致心腦血管功能，如調(diào)節(jié)血壓的能力下降[3]。 例如斯科特的頸動脈就在國際空間站駐留期間出現(xiàn)了擴張，其頸動脈壁的最內(nèi)兩層出現(xiàn)增厚，科學(xué)家們推測這可能與潛在的心腦血管疾病相關(guān)。

肌肉萎縮、骨丟失（骨密度下降）等現(xiàn)象，都與人在微重力環(huán)境下處于低動力狀態(tài)有關(guān)，可以通過在太空中開展合理的鍛煉能得到有效緩解。骨丟失原因及機理的研究不僅有利于航天員的健康，也有助于解決地球上人類衰老造成的骨骼強度下降等問題。

經(jīng)過長期太空飛行的航天員還出現(xiàn)視力下降現(xiàn)象。有意思的是，男性航天員這一問題似乎比女性嚴(yán)重，小鼠實驗以及航天員在軌測試研究表明，航天飛行影響腦血管阻力和收縮力，一些航天員表現(xiàn)為顱內(nèi)壓升高，并引發(fā)航天員視力障礙[4]。

航天員在國際空間站進(jìn)行眼部超聲成像檢查（圖片來源：NASA官網(wǎng)）

另一方面，心理問題也是人類在太空生存不得不面對的問題。隨著飛行任務(wù)的復(fù)雜化，封閉環(huán)境內(nèi)乘員的不斷增加，會導(dǎo)致空間站乘員人際關(guān)系和心理狀態(tài)越來越復(fù)雜，處理也越來越困難，從而造成航天員的心理障礙，影響航天員的工作和健康。

盡管如此，人類探索太空的腳步不會停止。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，人類星際移民可能成為現(xiàn)實。但是太空中的微重力環(huán)境、宇宙射線、封閉的太空艙都有可能對人類的生理和心理健康產(chǎn)生影響。在星際旅行的大幕拉開之前，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卦u估太空環(huán)境對人類健康的影響尤為重要。中國空間站里有許多航天醫(yī)學(xué)實驗項目，研究太空環(huán)境對人體的影響和對策，相信會產(chǎn)生一大批成果造福人類。

參考文獻(xiàn)：

[1] NASA’s Twins Study Results Published in Science Journal. NASA官網(wǎng).

[2] Scientists Probe How Long-Term Spaceflight Alters Immunity. NASA官網(wǎng).

[3] Cardiovascular Health in Microgravity. NASA官網(wǎng).

[4] Fluid Shifts Before, During and After Prolonged Space Flight and Their Association with Intracranial Pressure and Visual Impairment. NASA官網(wǎng).

[5] 愛太空航天科普中心. 大熊貓漫游中國空間站.

科學(xué)審核： 李瑩輝 中國載人航天工程航天員系統(tǒng)副總設(shè)計師，國際宇航科學(xué)院院士

來源: 中國數(shù)字科技館