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太空让身体变“坏”了

一对孪生兄弟,两人皆是25岁,哥哥被选为宇航员,以光速在太空中航行,70年后回到地球,此时弟弟几岁?哥哥几岁?这道题也许你并不陌生,这是一道物理题,旨在帮助理解狭义相对论。

美国宇航局做了一个类似的研究,虽然没有光速飞行,也没有那么长的时间跨度,但同样是研究双生子在太空与地球上生活后的差异。一对同卵双胞胎宇航员,斯科特·凯利和马克·凯利,就是他们本次研究的对象。斯科特·凯利于2016年3月被送到国际空间站,而马克·凯利则留在地球上。斯科特在国际空间站待了约一年后回到地球,与马克一起接受对比研究。这个为期将近两年的研究终于了解了人体长时间在太空中会发生怎样的变化。

太空飞行,基因突变

通常认为,太空航行会引起人的基因突变,美国宇航局的这次双胞胎实验也证实了这一点。与留在地球上的马克相比,斯科特经历了几百次的基因突变。

虽说基因突变是可以预料的,但如此多次的突变还是令人震惊的。科研人员解释,这是因为太空中的压力使细胞释放出游离的DNA和RNA到血液中,这些游离的DNA和RNA会使体内产生新的脂肪和蛋白质,还能激活或抑制某种基因的表达。尽管93%的基因突变在回到地球后恢复了正常,但仍有一些依旧保持突变状态。

科研人员认为,在太空中引起基因突变的诱因中,有几点是值得关注的,分别是缺氧、线粒体增加、端粒延长、DNA修复和DNA损伤、胶原蛋白减少、血液凝结、过度活跃的免疫系统等等。除此之外,在太空中基因的表达也改变了。斯科特体内一种有助于调节端粒生长的基因和一种与胶原蛋白产生的基因附近都发生了甲基化。

太空中的生理变化

端粒位于真核生物染色体的末端,它控制细胞的分裂周期。除了某些细胞,如精原母细胞、癌细胞中,因为含有端粒酶,端粒能够复制,而在其他细胞中,端粒是无法复制的,因此在细胞一次次分裂,端粒会越来越短,一旦端粒耗尽,细胞将会凋亡。所以端粒与细胞老化有明显的关系。

在研究凯利兄弟的过程中,研究人员发现在太空中,斯科特的端粒会显著增长,而留在地球上的马克却没有这样的变化。端粒较长则不容易患上与衰老有关的疾病。但是,斯科特的这种端粒变长现象没有维持多久,在回到地球48小时后,他的端粒迅速缩短恢复到了上太空前的长度。研究人员认为,这种短暂性的端粒延长可能与他在太空中的锻炼和严格控制的低卡路里饮食有关。

美国斯坦福大学进行了另一项研究,研究人员发现,在微重力环境下的斯科特比在地球上的马克更容易产生炎症。在太空时,斯科特体内的脂质代谢失衡,细胞因子增多,脂质和细胞因子都是炎症的重要指标,这两者的变化都说明了斯科特特内炎症增多。

此外,斯科特体内的一些用于激活胰岛素的蛋白质也增加了。炎症会引起胰岛素抵抗,胰岛素抵抗是指脂肪细胞、肌肉细胞和肝细胞对胰岛素反应不足的情况,它们需要高浓度的胰岛素才会对胰岛素产生反应。所以,用于激活胰岛素的蛋白质增加从侧面反映出了斯科特体内炎症的增加。

虽然太空飞行,会使人体炎症增加,但在太空中,流感疫苗一样有用。

为了研究太空对人体免疫系统的影响,美国斯坦福大学的研究人员在飞行前和返回地球后,给斯科特和马克注射了同样的流感疫苗。在这次试验中,无论是起飞前还是回来后,在接种疫苗后,这对双胞胎的免疫细胞对流感的反应都相似。所以不用担心太空旅行后流感疫苗不管用了。

微生物群落改变

虽然肉眼看不到,但我们每个人体内都居住着庞大的微生物群,被称为微生物群落。这些小家伙虽不起眼,但在人体的健康中却扮演着极其重要的角色。研究人员研究了这对双胞胎在整个任务过程中的微生物群落变化情况。

他们发现,兄弟两人的微生物群落在各个阶段都是不相同的。但这并不稀奇,因为微生物对环境差异非常敏感,每个人的微生物群落差异很大。然而,斯科特本人在飞行前的微生物群落与在太空时有所不同,他体内的拟杆菌属显著减少,但这样的变化在斯科特返回地球后就恢复了正常。

尽管在太空和地球上,斯科特体内的微生物群落确实发生了变化,但当地球上人们大幅度改变饮食习惯或换新环境时,微生物群落也同样会发生变化。所以太空航行,微生物群落的改变似乎不需要太过担忧。

太空旅行后,变糊涂

美国宾夕法尼亚大学的一项研究监测的是兄弟二人的认知能力。自斯科特离开地球前、航行过程中、返回地球后,兄弟俩多次接受了10种不同的认知能力测试,用以研究微重力环境对人的认知能力的影响。

以斯科特航行前的测试为标准,研究人员发现在近一年的太空旅程中,斯科特的认知能力并没有什么变化,似乎微重力对他的认知能力没有任何影响。然而,当他回到地球上再接受测试时,斯科特的答题速度不如从前,正确率也下降许多,变得迷糊许多。研究人员认为,回到地球后,重新适应地球重力确实导致了斯科特的认知能力下降,但这一点还需要进一步的研究。当然这样的结果也不排除斯科特是因为繁忙的返航任务而疲惫所导致的。

虽然太空旅行中人体会有一些变化,但阻止不了人类探索太空的热情。总有一天,越来越多的人会有机会离开地球,飞向太空。

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