同卵雙胞胎斯科特·凱利(右)和馬克·凱利（左）都是美國(guó)宇航局的退休宇航員，他們共同參加了一項(xiàng)研究，該研究分析了斯科特在空間站待了將近一年之后，太空飛行對(duì)他身體的影響。來(lái)源：NASA

21世紀(jì)，人類(lèi)的航空航天工業(yè)取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，一批又一批宇航員前仆后繼，飛往人類(lèi)向往已久的太空。然而，與地球上的溫暖宜居氣候不同，黑暗的太空處處暗藏殺機(jī)，從真空到宇宙輻射，太空無(wú)時(shí)無(wú)刻都在對(duì)人類(lèi)進(jìn)行著生死考驗(yàn)。

幸好在科學(xué)的武裝之下，人類(lèi)得以在太空存活下來(lái)。那么，在太空中生活和在地球上生活到底有什么不一樣?

“暈車(chē)”

你的內(nèi)耳工作原理與智能手機(jī)上的加速度計(jì)的工作原理大致上差不多——它能夠告訴你的身體你是處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)還是靜止?fàn)顟B(tài)，你是在倒立還是在側(cè)臥。但在太空中，這個(gè)小小的生物裝置會(huì)出問(wèn)題，這常常會(huì)讓宇航員在進(jìn)入微重力后“暈車(chē)”一天左右。史密森國(guó)家航空航天博物館館長(zhǎng)兼太空歷史主席瓦萊麗·尼爾說(shuō)，許多宇航員在重新進(jìn)入地球引力時(shí)也會(huì)遇到類(lèi)似的問(wèn)題。

她說(shuō):“這就像從船上下來(lái)，但是突然不習(xí)慣腳踏實(shí)地的感覺(jué)。”宇航員在剛剛回到地球的時(shí)候常常報(bào)告說(shuō)有一種漂浮感，但隨著身體重新適應(yīng)地球，這種感覺(jué)最終會(huì)消失。

骨骼和肌肉

科學(xué)家們?cè)谔仗诫U(xiǎn)中發(fā)現(xiàn)的第一件事是：低重力的生活方式并不利于保持強(qiáng)健的骨骼、肌肉和心臟。當(dāng)我們?cè)诘厍蛏系臅r(shí)候，這些身體部位光光是為了讓我們保持靜止站立狀態(tài)都已經(jīng)負(fù)擔(dān)了大量工作。如果沒(méi)有向下的重力，身體的工作就會(huì)大大減少，導(dǎo)致肌肉退化和骨密度下降。

美國(guó)宇航局稱(chēng)，宇航員在太空中待上一個(gè)月，他們的骨質(zhì)流失量相當(dāng)于絕經(jīng)后女性一年的骨質(zhì)流失量。這一驚人的下降會(huì)導(dǎo)致血液中的鈣水平升高，從而導(dǎo)致腎結(jié)石的發(fā)生率增加。為了解決這些問(wèn)題，宇航員會(huì)在空間站上使用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的機(jī)器進(jìn)行劇烈運(yùn)動(dòng)。據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局稱(chēng)，宇航員，斯科特·凱利在其整個(gè)任務(wù)過(guò)程中鍛煉了大約700小時(shí)。

大多數(shù)這些影響可以在著陸時(shí)抵消，但要恢復(fù)的話(huà)確實(shí)需要一些時(shí)間和治療。2013年，宇航員克里斯·哈德菲爾德(Chris Hadfield)在國(guó)際空間站工作了一段時(shí)間后接受加拿大廣播公司(CBC)新聞?lì)l道(CBC News)采訪時(shí)說(shuō):“光是抬起頭來(lái)就是一種奇怪的新體驗(yàn)。我已經(jīng)有5個(gè)月沒(méi)有把頭放在脖子上了。”

流動(dòng)液體

我們體內(nèi)無(wú)時(shí)無(wú)刻都有液體流動(dòng)，對(duì)于地球上的人來(lái)說(shuō)，重力會(huì)幫助這些液體向下進(jìn)入腿部，但是如果沒(méi)有重力，這些液體就會(huì)浮到頭部。根據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局的說(shuō)法，斯科特·凱利在太空的一年里，在他頭部里流動(dòng)的液體可以裝滿(mǎn)一個(gè)兩升的汽水瓶。

尼爾說(shuō)，正因?yàn)槿绱耍詈絾T“看起來(lái)有點(diǎn)頭大”。這種體液漂移還會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的情況，其中包括對(duì)視神經(jīng)的壓力，這可能會(huì)影響視力;一旦回到地球，視力問(wèn)題通常會(huì)慢慢消失，但是這個(gè)問(wèn)題是NASA想要了解的長(zhǎng)期飛行中的一個(gè)大問(wèn)題。

宇宙輻射

地球磁場(chǎng)為地球上的生物提供了一種自然屏蔽形式，以保護(hù)其免受大量高能輻射的傷害(暴露在這些高能輻射下可能損害生物的DNA)。在這個(gè)安全區(qū)域之外，國(guó)際空間站上的人工屏蔽雖然也可以保護(hù)宇航員免受部分輻射影響，但國(guó)際空間站的屏蔽設(shè)備并不是對(duì)所有類(lèi)型的輻射都有行之有效，這使得宇航員更容易罹患癌癥和其他長(zhǎng)期健康風(fēng)險(xiǎn)。

所以，火星之旅只會(huì)更加危險(xiǎn)，因?yàn)槌寺猛镜谋┞稌r(shí)間增加之外，這顆紅色行星還沒(méi)有天然的保護(hù)磁場(chǎng)。

盡管有這些聽(tīng)起來(lái)很?chē)?yán)重的影響，但大多數(shù)已知的損害可以在宇航員返回地球后恢復(fù)。在執(zhí)行任務(wù)時(shí)舉行的新聞發(fā)布會(huì)上，斯科特情緒高昂。盡管他的眼睛受到了一些輕微的影響，但他表示，總體來(lái)說(shuō)，他感覺(jué)良好，心理狀態(tài)良好:“我又不是在攀巖。”

他說(shuō):“我一直在用一種非常深思熟慮的方法和速度來(lái)做這件事。”他補(bǔ)充說(shuō)，他把每一項(xiàng)任務(wù)都當(dāng)作一個(gè)里程碑。“在長(zhǎng)途飛行中完成一個(gè)個(gè)里程碑我覺(jué)得非常重要，下一個(gè)里程碑就是回家。”

那么，除了這些生活上的不適之外，宇航員在太空中會(huì)不會(huì)發(fā)生“變異”?宇航員的身體在回到地球后會(huì)發(fā)生什么變化?現(xiàn)在，科學(xué)家終于有一次難得的機(jī)會(huì)去進(jìn)行一項(xiàng)意義非凡的測(cè)試：在宇航員斯科特·凱利及其同卵雙胞胎宇航員馬克·凱利之間進(jìn)行分子水平的比較。

在太空軌道上運(yùn)行將近一年的時(shí)間中，宇航員斯科特·凱利(Scott Kelly)的身體(從他的眼睛到他的免疫系統(tǒng))有時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些奇怪的反應(yīng)——至少和他在地球上的同卵雙胞胎相比起來(lái)有點(diǎn)奇怪，但是最新發(fā)表的研究表明，這樣的變化不會(huì)導(dǎo)致像火星旅行這樣的長(zhǎng)途太空旅行取消。

好消息是：NASA“雙胞胎研究”(twins study)的科學(xué)家們公布的最終結(jié)果顯示，斯科特在回到地球后基本恢復(fù)了健康。對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，能夠在雙胞胎之間測(cè)試太空的生物影響確實(shí)是一次前所未有的機(jī)會(huì)。

約翰霍·普金斯大學(xué)的安德魯·范伯格(Andrew Feinberg)博士說(shuō)，這標(biāo)志著“人類(lèi)基因組學(xué)在太空的曙光”。斯科特在國(guó)際空間站待了340天，在此這段時(shí)間之前、期間和之后，共有10個(gè)研究小組對(duì)這對(duì)雙胞胎的健康狀況進(jìn)行了分子水平的詳細(xì)檢查，而安德魯就領(lǐng)導(dǎo)了其中一個(gè)小組。

德國(guó)達(dá)姆施塔特大學(xué)(Darmstadt University)的馬庫(kù)斯·洛布里希(Markus Lobrich)和蘇塞克斯大學(xué)(University of Sussex)的佩妮·杰戈沒(méi)有參加這些項(xiàng)目，不過(guò)他們表示，通過(guò)指出長(zhǎng)期太空旅行對(duì)宇航員的潛在影響(雖然還需要在更多的宇航員身上進(jìn)行更多的研究)，該項(xiàng)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是人類(lèi)的一小步。

這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在星期五4月12日出版的《科學(xué)》雜志上，當(dāng)天是一個(gè)著名的太空紀(jì)念日上——1961年4月12日蘇聯(lián)宇航員尤里·加加林成為第一個(gè)進(jìn)入太空的人，1981年4月12日第一次發(fā)射航天飛機(jī)。

重要發(fā)現(xiàn)

正如上文所說(shuō)，NASA此前已經(jīng)知道太空旅行對(duì)人體會(huì)有一些影響，比如需要鍛煉才能抵消的骨質(zhì)流失。但這一次，得到NASA資助的科學(xué)家們?cè)谒箍铺?middot;凱利身上全方位尋找他在太空中經(jīng)歷的一系列生理和基因組變化，并將這些變化與他在地面上的同卵雙胞胎——前宇航員馬克·凱利進(jìn)行了比較。項(xiàng)目的一些結(jié)果已于2月份公布。

也許最奇怪的發(fā)現(xiàn)與染色體端粒有關(guān)，端粒是染色體的保護(hù)端。隨著年齡的增長(zhǎng)，這些端粒會(huì)逐漸縮短，它們還被認(rèn)為與年齡相關(guān)的疾病有關(guān)，包括一些癌癥。

但在太空中，斯科特的端粒反而變長(zhǎng)了。“我們很驚訝，”科羅拉多州立大學(xué)端粒專(zhuān)家蘇珊·貝利(Susan Bailey)說(shuō)，她無(wú)法解釋這種現(xiàn)象，但這并不意味著斯科特變年輕了，在回到地球之后，他的端粒長(zhǎng)度大部分回到飛行前的平均水平，盡管短端粒的數(shù)量比他以前的要少一些。

其次，凱利的DNA并沒(méi)有在太空中發(fā)生突變，但他許多基因的活躍程度(它們是否有工作)確實(shí)發(fā)生了變化，尤其是太空之旅的后半段，該段太空旅行在2016年3月結(jié)束。

根據(jù)研究，斯科特免疫系統(tǒng)基因受到的影響尤其嚴(yán)重，紐約威爾康奈爾大學(xué)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)家、該研究的共同作者克里斯托弗·梅森(Christopher Mason)說(shuō)，免疫系統(tǒng)“幾乎處于高度戒備狀態(tài)，這似乎是一種嘗試?yán)斫馍眢w所處新環(huán)境的方式”。

同樣，大多數(shù)基因在回到地球之后都恢復(fù)正常表達(dá)，但一些與免疫相關(guān)的基因在6個(gè)月后變得異?；钴S。

其他的發(fā)現(xiàn)：

-斯科特眼睛結(jié)構(gòu)的一些變化和視網(wǎng)膜的增厚表明，像大約40%的宇航員一樣，他也經(jīng)歷了“航天飛行相關(guān)的神經(jīng)-眼部綜合征”的癥狀，“這可能是由于液體在沒(méi)有重力的情況下流動(dòng)而造成的。

-他還經(jīng)歷了一染色體不穩(wěn)定的狀況，這可能反映了太空中的輻射暴露情況。

-在太空注射流感疫苗和在地球上注射一樣有效。

-斯科特在太空的時(shí)候高分通過(guò)了認(rèn)知測(cè)試，但在返回地球后，他認(rèn)知測(cè)試得分反而下降了，這可能是因?yàn)樵诘厍蛏嫌懈嗟臇|西令他分神。

超遠(yuǎn)程測(cè)試

為了進(jìn)行檢查，研究人員需要幾個(gè)月的血液、尿液和糞便樣本，和認(rèn)知和身體測(cè)試結(jié)果以及超聲波掃描。這意味著斯科特需要發(fā)揮一下主觀能動(dòng)性了：一些血液樣本需要在采集之后盡快進(jìn)行分析，所以斯科特只能定好時(shí)間進(jìn)行樣本采集，這樣血液樣本就可以通過(guò)搭載用于運(yùn)送其他宇航員的俄羅斯聯(lián)盟號(hào)太空艙返回地球。

但在歷時(shí)三年的火星旅行中，這種方法是不可能實(shí)現(xiàn)的。威爾·康奈爾大學(xué)的梅森說(shuō)，這項(xiàng)研究的有一項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步，那就是便攜式DNA測(cè)序設(shè)備，它將可以使宇航員在未來(lái)的任務(wù)中自行進(jìn)行一些基因組分析。

下一步是什么?

研究人員警告說(shuō)，研究一對(duì)雙胞胎并不能證明太空飛行的全部風(fēng)險(xiǎn)，歷時(shí)更長(zhǎng)的任務(wù)(例如到月球或火星)將意味著更大的壓力和輻射暴露。

科羅拉多州立大學(xué)的Bailey 計(jì)劃利用這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)作為藍(lán)圖，對(duì)另外10名宇航員進(jìn)行為期一年的任務(wù)研究。

她說(shuō)：“我們需要飛出近地軌道，我們需要宇航員在宇宙中生活更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)真正評(píng)估其中的一些健康影響。”