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太空待340天,宇航员DNA发生永久突变,网友:是好是坏?

核心提示: 太空待340天,宇航员DNA发生永久突变,网友:是好是坏?

NASA宇航员史考特(Scott Kelly)在国际太空站待了340天,科学家很好奇他的身体状况是否有出现变化?于是找来和他基因相同的双胞胎兄弟马克(Mark Kelly)进行比对,结果发现史考特“免疫系统和DNA修复功能”出现突变,从遗传基因的角度来看,是无法恢复的永久损伤。

太空待340天,宇航员DNA发生永久突变,网友:是好是坏?

据《科学》期刊的研究报告,55岁的史考特回到地球3年后,科学家对他展开全身的检查,发现他待在太空的这段期间颈动脉和视网膜变厚、体重变轻、肠道微生物增多,以及认知能力下降,不过,这些症状大多在回到地球6个月后逐渐消失,唯独基因中8.7%的变化至今仍未恢复。

史考特表示,刚回到地球的那几天非常难受,有很长一段时间都没有活力相当疲惫,“我还以为自己得了流感”。

佛罗里达大学认知神经科学家赛德勒(Rachael Seidler)说,“这些基因突变不会对宇航员造成直接危险,但不排除会增加他们未来罹患癌症的风险。”

科罗拉多州立大学的癌症生物学家贝莉(Susan Bailey)表示,人类染色体末端有个叫“端粒”的部分,通常随着年龄增长会渐渐缩短,辐射、污染、压力等等因素都有可能导致它加速变短,但奇怪的是,史考特去一趟太空后,端粒竟然没缩短,反而比之前更长,换句话来说就是“他的细胞比以前更年轻了”,很有可能是“太空唤醒他体内某部分沉睡细胞”。

研究人员指出,史考特基因产生突变有5种可能,其中包含太空辐射、零重力环境对生理带来的冲击,因为史考特当初待的太空站,正好处于高能带电粒子范艾伦(Van Allen)辐射带下方,辐射量是地球的48倍,所以身体细胞会一直忙着修复放射线伤害,才会出现这种突变。

延伸阅读: 把同卵双胞胎航天员中的一个送上太空,NASA这次证明了什么?

空间环境会对人的身体造成什么样的影响呢?这是个非常重要并且基础的问题,因为这关系着未来星际旅行的可行性,以及人类在宇宙中到底能走多远。多年来,科学家对此问题进行苦苦思索,希望能获得真实的数据来进行参考和分析。

举个例子,如果我们想知道长期太空飞行对人体产生的影响,就可以找两个相同的人来进行对照实验:将一个人送入太空,一个人留在地球上,一段时间之后将两人进行对比,观察进入太空的人身上发生了哪些变化,就能初步知道太空旅行对人体的影响了。

然而,读者一定也能猜到这个对照实验的困难之处——世上并无完全一样的两个人,科学家也就无法找到理想的实验对象。克隆人? No No No,伦理问题目前还无解呢。目前最好的方法莫过于——拿一对同卵双胞胎作为"实验小白鼠",因为同卵双胞胎已经是基因相似度最高的人类了(有些研究表明,他们还具有很强的心灵感应)。但是,问题来了,世界上的同卵双胞胎固然不少,但是在身体素质和智力水平两方面都达到航天员要求的可不多。到哪里去找这样的双胞胎呢?

无巧不成书,NASA还真的有这么一对特殊的航天员。Scott Kelly和Mark兄弟,他们是历史上唯一一对同卵双胞胎航天员,两兄弟既满足基本的要求,也对太空实验有足够的认知,简直是完美的实验对象。

2015年3月,Scott Kelly在俄罗斯搭火箭上太空,他的兄弟Mark则留在地球作为对比参照对象。2016年3月,经过了一年的任务之后,Scott Kelly返回了地球,在Scott执行飞行任务之前、飞行期间和返回地球之后,研究人员分别采集了两个双胞胎兄弟的DNA样本,希望找出太空生活对人类身心造成的影响。

2018年1月,在NASA举办的人类研究计划2018年调查员研讨会上,NASA公布了他们的新发现。研究人员称,在太空中时,Scott的一些基因表达发生了变化,而且回到地球几个月后,其中7%的基因表达仍然没有恢复到飞行前的状态。

太空飞行对基因与染色体的影响

①基因表达变化

根据太空飞行对照实验,威尔康奈尔医学院发表了一篇关于"太空基因"的论文,他们研究了太空环境对双胞胎兄弟RNA和DNA化学变化的影响,他们提出,虽然93%的基因表达在Scott返回地球后恢复正常,但是仍然有数百个"太空基因"处于混乱状态。

这个所谓的"太空基因"是什么呢?其实没那么神秘啦,只是遗传学家用的一个术语,用来指代纯粹由航天飞行而导致的基因表达出现异常变化的那些基因。

基因表达是一个受调控的过程,具有时间和空间的特异性。例如,按照功能需要,某一特定基因的表达将严格按特定的时间顺序发生,或者是在个体生长的过程中,某种基因产物会在个体按照不同组织空间顺序出现。而且基因表达也会因为外界的刺激发生变化,生物体所处的内、外环境是在不断变化的,通过调控基因的表达,可以使得生物体表达出合适的蛋白质分子,以便更好地适应环境。在对照实验中,研究人员观察到的双胞胎基因表达的变化就是身体对空间飞行环境的一种应激反应。

那么,7%的基因表达改变是一件很了不得的事情吗?并不是哦,这只是非常小的一个基因表达变化,这种反应与人在压力环境中,或者人在登山或潜水时的环境内出现的反应相似。基因表达发生异常变化,这是一个很重要的信号。虽然目前的研究还不能形成确定性的结论,但不可否认的是,基因表达变化可能会对免疫系统、骨骼构成、DNA损失修复等产生持久的影响,进而影响人类对环境的适应能力以及衰老的速度。

②端粒增长之谜

通过太空飞行实验,科学家发现一个有趣的现象:Scott的端粒平均长度被发现显著增长,返回地球后的48小时内,Scott的端粒长度则又缩短,然后稳定在飞行前的水平。而在地球上的Mark,端粒长度则一直保持着相对稳定。

端粒,是存在于真核细胞线状染色体末端的一小段DNA-蛋白质复合体,它是染色体末端的"保护使者",保护染色体不被"磨损"掉。端粒就像鞋带末端的那个小帽,保持着鞋带的完整性,当这个小帽磨损,鞋带就不完整了。一旦端粒磨损、耗尽,染色体将无法正常分裂,细胞的更新也就走向终止。

因此,端粒的完好程度,能够表明细胞分裂潜力的大小:端粒越短,表明细胞的再生能力越小,剩余的分裂次数逐步逼近极限,细胞寿命越短;端粒越长,则意味着细胞的再生能力越强,剩余的分裂次数更多,机体组织将保持"年轻"。随着人的年龄增长,若端粒消耗殆尽,细胞将会慢慢走向凋亡,端粒的加长也意味着衰老速度的减缓。

客观地说,Scott的端粒延长的机制还不是很清楚。研究人员猜测是由于在太空中,Scott执行了严格的体能训练计划,并且在饮食上限制了热量摄入。在执行任务过程中,Scott的体重下降,并伴随着体内叶酸水平的升高,因而一个很可能的原因是太空中Scott吃的食品更健康。Scott的体重下降和叶酸增加与端粒延长的研究结果相吻合,这表示更健康的生活方式可能会使得端粒延长。如果是这个原因,地球上的人们通过节食加运动延缓衰老确实是可以的哦,这对地球上的人们来说是个好消息。

太空飞行对免疫系统的影响

空间生活对航天员身体造成伤害,航天员免疫系统会发生显著变化。

1血液样本的过度反应

在身体遭受不良环境时,人会出现压力。航天员血液样本在空间站内以-80℃条件进行保存后带回地球时,仅有少量冷冻血液样本得以成功进行分析,大多数带回来的新鲜血液样本都被常见致病原体污染,如真菌、细菌、疱疹等。免疫系统对一些新出现的威胁反应强烈,具体原因不明,但这意味着由于独特的环境压力,免疫系统适应了空间站上的无菌环境。

研究发现,有航天员的血液样本中出现过度反应,并伴随着严重的免疫抑制,后续研究还将对航天员血液进行现场分析。为排除失重影响,进一步的研究将在地球上类似环境下进行,将从南极研究基地获取志愿者血液样本。

2功能性免疫

在长时间的空间飞行或深空探测任务中如何更好地保障航天员的身体健康,这是个非常重要的问题。功能性免疫是国际空间站进行的一项新研究,探索了以前未研究的身体免疫应答领域以及空间飞行是否会影响航天员对疾病的易感性。

免疫系统是生物结构和过程的复杂结合,某一方面机能的衰退即可导致人体内疾病风险的增加。研究显示微重力下会有免疫系统修饰,这可能会造成一些航天员中出现皮疹、异常过敏和潜在的病毒激活。在微重力下,甚至在地球上的压力状况下,免疫系统任何时候都可能被削弱。而在深空任务中,免疫系统将在较长的时间内暴露于微重力环境中,科学家正在努力在任务开始之前对免疫问题进行定义,并制定缓解免疫系统问题的相关措施。

目前的功能性免疫研究建立在其他免疫学研究的基础之上,聚焦于以前未研究的方面,以便更好地表征航天飞行对整个免疫系统的影响。了解在飞行中免疫系统如何工作将指导未来可能需要的发展对策,研究的结果将不仅仅对航天员带来好处。除了在发病之前检测和治疗疾病的能力之外,开发用于稳定运输样品的方法可用于地球上的免疫研究,例如在不容易有实验室条件的地区。

这项研究的第一个目标是完成免疫系统的鉴定,表征完成后,即可计划抵制潜在的临床风险,使人类的"火星之旅"计划更进一步。

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责任编辑:刘宇