与水熊虫“合体” ，人类就能抵御太空辐射？

2019-12-12 12:44:35　来源: 科技日报 作者: 刘霞

科学家通过基因分析，发现了水熊虫抵抗辐射损伤的独门“武器”——损伤抑制蛋白Dsup。他们还发现，这种蛋白放到其他动物细胞里也能同样起到保护作用。

太空旅行、火星定居等，是我们“星辰大海”美好愿景中的一部分，但人类毕竟是肉眼凡胎，如何抵抗太空旅行或在其他星球上生活可能受到的伤害呢？最近，有科学家提出，或许可以将水熊虫的DNA与人类细胞相结合，利用其强大的生存能力，使宇航员更能抵抗太空飞行的有害影响。

水熊虫究竟是“何方神圣”？其DNA真的能与人类细胞结合吗？对此，中国航天科工集团二院研究员杨宇光对科技日报记者表示：“将水熊虫DNA与人类细胞相结合并不靠谱，而且还涉及伦理问题。目前，金属壳体和强磁场屏蔽技术是宇航员抵御长期太空辐射的主流技术。”

水熊虫生命力强有“独家武器”

是谁能在零下20摄氏度沉睡30年后成功苏醒；在150摄氏度高温下镇定自若；耐得了太空的真空环境、扛得住射线侵袭；在6倍于深海压力的环境下也能存活？

答案是：水熊虫！

科学家已知，水熊虫是地球上生命力最强的物种，这种动物只有约1毫米大小，用显微镜才能看清它的样貌。美国康奈尔大学遗传学家克里斯·梅森对美国趣味科学网站指出，水熊虫是目前已知唯一能在太空环境中存活的动物。

那么，水熊虫耐受各种极端环境的“秘密武器”是什么呢？

科学家通过研究发现，相比其他动物，水熊虫具有更多超氧化物歧化酶基因，以及更多拷贝的MRE11基因，这些基因可以帮助减轻氧化损伤、修复DNA，从而起到保护作用。此外，水熊虫体内还缺少一些与环境应激有关的基因，这可能也有助于它们适应恶劣环境。

另据英国《自然》杂志网站2016年9月20日报道，日本科学家通过基因分析，发现了水熊虫抵抗辐射损伤的一个独门“武器”——损伤抑制蛋白Dsup，它可以显著减少水熊虫DNA在遭受X射线照射时的损伤。

研究人员还发现，这种蛋白放到其他动物细胞里也同样能起到保护作用。他们让实验室里培养的人源细胞也表达了这种蛋白，结果与没有这种“护盾”的普通细胞相比，表达了Dsup蛋白的细胞在接受X射线辐射后，仍保持了一定的细胞活性和增殖能力，其DNA损伤也比对照组减轻了40%。

“人虫结合”不靠谱且涉伦理问题

梅森团队打算在上述研究结论的基础上进一步研究，他表示，未来可将水熊虫的DNA和人类细胞结合，帮助宇航员长时间抵御太空辐射的侵袭。

趣味科学网在报道中指出，研究显示，宇航员太空旅行面临的主要健康问题之一是辐射暴露。如果科学家能找到一种帮助人体细胞抵御辐射影响的方法，那宇航员就能在太空中更健康地生活更长时间。而且，在理论上，这种技术也可以用来减少癌症治疗过程中辐射对健康细胞的影响。

尽管梅森对将水熊虫DNA与人类细胞结合信心满满，但杨宇光对记者一针见血地指出：“这事不靠谱，而且涉及伦理问题。”

杨宇光解释说：“水熊虫之所以能够耐受如此恶劣的环境，除了上面所述的基因原因，很大程度上是因为其体型小。”生物物理学告诉我们，如此微小的水熊虫和另一个大的物体比如人，在真空下的受力状态，包括能够承受的力、内外压力之间的关系等，都是不一样的。就像跳蚤体长0.5—3毫米，却能跳出350毫米的高度，相当于身体长度的100多倍，如果人类具备跳蚤的跳跃能力，就能跳到340米左右的高度吗？这显然是不可能做到的。“同理，如果将水熊虫等比例放大到人的大小，它一样无法抵抗真空环境。”杨宇光说。

此外，梅森表示，如果基因工程能使人类更安全地居住在火星上，而不影响他们在地球上的生活，那这样的基因工程可能就是合乎伦理的。但杨宇光指出：“如果将水熊虫的DNA与人类细胞相结合，那么，拥有外源性DNA的人还算人吗？这也是一个值得深思的问题。”

金属和强磁场是“盾牌”

如果将水熊虫DNA与人类细胞结合的方法不靠谱，那么，有什么办法可以帮助人类长时间抵御太空辐射的侵袭呢？

杨宇光介绍说，目前科学家正在尝试多种方法，但比较靠谱的是金属屏蔽技术以及强磁场屏蔽技术。

“所谓金属屏蔽，就是使用比较厚的金属来制造宇宙飞船的壳体，屏蔽太空辐射，这种方法的缺陷是航天器的‘块头’越大，需要的金属就越多，导致航天器‘体重’增加，发射成本上升。因此，这一方法适合比较小型的航天器。”

为了减小航天器的尺寸，科学家提出了让宇航员“冬眠”的想法。据介绍，目前，美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）都在研究控制宇航员“冬眠”的载人深空探测技术。ESA提出了一个从地球一路睡到火星的载人探测概念，该机构认为“可控的‘冬眠’是载人太空飞行中一种改变游戏规则的技术”，并成立了专门从事相关研究的小组，希望使其“梦想照进现实”。

杨宇光说：“‘冬眠’的宇航员不需要太大活动空间，航天器的体积和质量可大幅减小，辐射防护技术难度和成本因此得以显著降低。”但这一技术目前还只是个美丽的愿景，并未成为现实。怎样保证“冬眠”技术的安全性——既要绝对保证宇航员准时醒来；又要防止“冬眠”对宇航员身体造成严重损伤，都有很多技术难题需要解决。

至于磁场屏蔽，据国外媒体报道，欧洲科学家目前正计划利用磁场包围宇宙飞船，就像环绕地球的磁层，保护宇航员免受太空辐射。这一项目名为“太空辐射超导屏蔽”（SR2S），它能利用超导磁体产生比地球磁层强3000倍的磁场，产生的磁场可改变带电粒子的路径，SR2S将围绕飞船创建一个30英尺（10米）的宇宙射线偏转力场。

但杨宇光同时指出，磁场屏蔽方法也是一把双刃剑，因为强磁场本身会给人体带来伤害。“如何让强磁场在更好地抵御辐射的同时不伤害人体，也是个巨大的挑战。”

从哥伦布发现新大陆，到人类登上月球，再到出征火星，以及更遥远的未来，人类探索宇宙的道路从来都非坦途，但这并不能阻止人类迈向外太空的脚步，“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”。随着新技术的到来，人类对于新世界的探索之旅也必将更加畅达。

图片来源：视觉中国

“最强生物”敲响警钟 在太空中也需要垃圾分类

近日，“地球微生物水熊虫可能定居月球”的报道引发了人们的高度关注。据报道，4个月前，以色列首个登月探测器“创世纪”号登月失败，撞向月球并在那片遥远而广袤的土地留下了原本用于实验的水熊虫样本。

此前曾有学者指出，水熊虫是地球上最“难以毁灭”的物种，能在小行星撞击等所有可能的天文灾难中幸存下来。

虽然多位专家在接受媒体采访时表示，月球上的这批水熊虫样本想要生长和繁殖基本不可能。但这仍给我们日益活跃的空间探测敲响了警钟——来自地球的垃圾可能要先人一步在月球“建立基地”了。

事实上，不仅是月球，凡是卫星、探测器能够到达的地方，也将面临同样的风险。人们越来越重视地面垃圾的分类处理，那么太空垃圾怎样分类？又该怎么处理？

一小块碎片就足以致命

“传统意义上的太空垃圾就是空间碎片，也就是太空中无用人造物体，包括卫星、探测器、载人飞船、火箭末级的残骸等。”清华大学航天航空学院教授宝音告诉科技日报记者，空间碎片既可按照轨道高度分为低轨、中轨、高轨碎片，也可按照体积大小分类。由于相对速度极高，甚至能达到子弹速度的几倍、几十倍，它们的危害非常大。微米级颗粒的撞击就能导致卫星上的光学镜头损坏，毫米、厘米以上的碎片足以击穿航天器，造成致命破坏。

“从广义上讲，微生物等人类航天活动带到太空中的其他污染物也可以算作太空垃圾。”宝音认为。

记者了解到，无论是空间碎片还是微生物，都可能给人类探索太空带来不小的麻烦。据报道，目前人类可以监测到的太空范围内直径超过10厘米的碎片已经近两万个。作为人造航天器的典型代表，国际空间站自建成以来就一直在防范被碎片击中。仅在2014年3月至4月间，其至少进行了两次变轨规避碎片，以图“自保”。不过，防不胜防，2016年5月，国际空间站的舷窗仍然被撞出了一个直径7毫米的坑。

而在2015年，美国国家航空航天局（NASA）发现国际空间站中广泛存在葡萄球菌、泛球菌、芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌等微生物。航天员长期在太空生活免疫力下降，多次出现呼吸道、皮肤、结膜等感染情况，而且病菌在空间环境中易发生突变，致病性、传染性可能上升。此外，微生物过多将在航天器电路板、仪表盘和宇航服上形成生物膜，腐蚀相关材料，严重威胁在轨运行安全，缩短航天器服役时间。

在太空垃圾分类有心却无力

美国空间碎片专家凯斯勒的研究结果显示，按照目前的增长速度估算，如不采取任何措施，仅仅数十年后，空间碎片数量将达到发生链式撞击效应的临界值，近地空间将充满高速运行的各种碎片，人类将永久失去进入太空、利用太空的机会，太空移民将成为一个永远无法完成的梦想。“因此，各国早就认识到了空间碎片的危害性，并且制定了一系列的太空准则，减缓碎片的产生速度。”宝音介绍。

例如，2007年联合国和平利用外层空间委员会通过《空间碎片减缓准则》，提出了减少空间碎片产生、避免航天器分离解体，以及清除退役航天器等短期和长期措施。具体而言共有7条：从设计上限制航天器入轨后分离传感器罩等装置；避免航天器在运行阶段出现分裂解体事故；合理规划航天任务，采取规避等措施避免发射碰撞；避免在轨航天器故意自毁、有意分离解体等有害活动；减少航天器剩余能源，降低分离解体可能性；航天器应在任务结束后安全、受控离轨；特别限制航天器任务结束后对地球同步轨道的干扰。

针对近年来微小卫星产业发展迅猛的情况，曾有业内专家建议，微小卫星最好携带推进模块，以便在其服役寿命结束之时操控离轨。宝音对此表示认同，建议应尽量减少没有推进设备的微小卫星发射。

“除了减缓空间碎片产生，各国专家还针对性地提出了很多主动清理技术。”宝音介绍，比如通过机械臂抓捕、发射“渔网”网住、用“鱼叉”叉住等方式将碎片移出有用轨道，送入大气层或人类目前不会用到的轨道“墓地”；从地面发射激光、甚至向太空发射大型透镜聚集能量烧毁太空碎片；还有人设想可从空间站发射机器人，拆除废弃卫星、收集空间碎片，再飞回空间站将有用和无用的太空垃圾分开处理。

但是，这些方法在实行时都要消耗燃料，难以清除数以万计的空间碎片。2016年，宝音课题组提出了一种碎片清理发动机概念，通过将捕获的碎片研磨为带电颗粒或者转化为等离子体喷出，为航天器的提供轨道机动的动力，去捕获下一个碎片，采用这种“以战养战”的方式使其不受燃料制约，大量清除空间碎片。该成果获得《麻省理工科技评论》报道并被誉为一种颠覆性方案。

“不过，这些方法仍面临一些技术上的难题，尚没有进入工程实用阶段。”宝音说。

保护宇宙就是保护地球

相比空间碎片，科学家们对地球生物污染太空的关注要早得多。1957年苏联发射第一颗人造卫星后，1958年国际科学联合会理事会（ICSU）就发起成立了宇宙探测污染委员会（CETEX）和空间研究委员会（COSPAR）。CETEX提出需要保护地外生命体，COSPAR则下设“行星保护”分委会，研究怎样在开展深空探测时，避免地球和地外天体间出现交叉生物污染。1959年，联合国和平利用外层空间委员会（COPUOS）成立，之后推出《外层空间条约》，规定“对月球及其它天体的探索，应以避免其受到地球生物污染为前提”。

1964年，COSPAR出版了最早的行星保护政策草案，要求各国探测器应采用灭菌技术，降低地外天体探测活动中地球生物污染探测目标的可能性。1984年，COSPAR将探测任务分为5类，规定了不同任务的行星保护要求。之后，NASA、欧洲空间局（ESA）以及日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）等都建立了自己的行星保护机制，严格执行国际标准。其中，1975年NASA发射的“海盗号”（Viking）火星探测器，用于行星保护的经费甚至占到探测器总研制经费的近25%。

当然，行星保护的第一的目的是防止探测器从太空带回“神秘”微生物给地球生态系统造成难以估量的后果；第二目的才是避免地球的微生物污染地外天体。

地球上的微生物无处不在，航天器在生产和测试过程中都可能沾染并最终带上太空。为此，NASA在探测器组装前会使用干热消毒法对各部件、分系统消毒，减少微生物数量。而在之后的装配、测试环节将继续实施严格的防控手段防止二次污染。比如在满足标准的洁净室或无菌装配间中组装并在生物屏蔽室中储存等。

记者 于紫月

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