太空生活會改變基因嗎？NASA 這對雙胞胎告訴我們

如果在國際空間站的零重力環境下漂浮著生活一整年，人體會發生什麼變化呢？2017年1月23日，NASA 公布了「雙胞胎對比實驗」（the Twins Study）的初步結果，為研究人員們提供了前所未有的好思路。

撰文 Ashley Strickland

翻譯 費爾頓

審校 張士超

在人類邁向太空更深處之前，科學家希望研究清楚星際旅行對宇航員會產生怎樣的影響。然而人與人之間總會存在個體差異，目前又無法將大批宇航員送入太空以擴大樣本量、獲取統計數字。那麼，如何在現有條件下最大限度降低個體差異造成的影響呢？

美國國家航空航天局（NASA）找到了一個絕佳的方案——「雙胞胎對比實驗」。將宇航員斯科特·凱利（Scott Kelly）去空間站執行任務之前、之中和之後的各項生理數據與他同為宇航員的雙胞胎哥哥、現已退役回到地球的馬克·凱利（Mark Kelly）進行比較。

從2015年3月27日到2016年3月1日，斯科特·凱利在國際空間站生活了340天之久，而馬克則留在地球上。來自美國12所不同大學的科學家們同時觀察這對兄弟的生活，並在全程中提取兄弟倆的血樣進行分析研究。這項特殊的研究，以及斯科特和俄羅斯宇航員米哈伊爾·科爾尼延科（Mikhail Kornienko）在空間站執行的為期一年的任務已得到初步結果，並於2017年1月23日的 NASA 人類研究項目年度研討會上發布。

這些結果為科學家們展望未來長期的火星任務打開了新思路。

太空歸來，身體發生了哪些變化？

10組研究人員正從多方面比較凱利兄弟的健康狀況，如免疫反應、骨形成、腸道菌群，以及太空生活對 DNA 造成的影響等。

參與該計劃的雙胞胎航天員凱利兄弟。圖片來源：NASA

在基因組層面，他們正試圖確認在太空中飛行期間，斯科特體內的「太空基因」（space gene）是否被激活。通過對雙胞胎體內白細胞的 DNA 和 RNA 進行測序，研究人員發現，與常人相比，斯科特和馬克體內均有幾百處變異，超過200,000個 RNA 分子表現出不同。

在太空飛行期間，斯科特體內的 DNA 化學修飾程度降低，回到地球後馬上恢復正常。對比實驗進行到一半時，馬克體內的 DNA 化學修飾程度也出現了變動，但最終恢復正常。研究人員認為，這表明無論是在太空還是地球，基因對環境的變化十分敏感。

通過對比雙胞胎體內白細胞內端粒（染色體兩臂末端由特定的 DNA 重複序列構成的結構，使正常的染色體端部間不發生融合）的衰減速率，研究人員有了驚奇的發現：在太空期間，斯科特體內的端粒增長了。當他回到地球時，端粒又再次縮短。

一般來說，端粒會隨著年齡的增長而縮短。斯科特的端粒增長或許意味著「延年益壽」，但研究人員傾向於認為，該變化可能緣於斯科特在空間站期間運動量增加、熱量攝入減少。

他們還檢測了雙胞胎體內的端粒酶——一種可以修復和延長端粒的逆轉錄酶。斯科特和馬克體內的端粒酶均於2015年11月變得更加活躍，這可能與當時發生的一項「重大、緊張的家庭事務」有關。

斯科特的新骨形成減少，但其體內一種維持骨骼和肌肉健康的激素明顯上升，很可能是宇航員在太空期間為彌補骨質和肌肉流失而每日鍛煉所致。他體內的應激激素皮質醇水平恆定，但在著陸地球時突發了一些炎症——這很可能是回到大氣環境所致。

儘管斯科特和馬克消化道內的菌群組成存在差別，但這很可能是因為他們所處的環境、所吃的食物不同；而斯科特消化道內的兩種主要菌群，在其生活在太空和地球期間各佔據過一次主導地位。

通向火星之路

執行火星任務時，宇航員登陸這顆紅色星球後的第一個動作至關重要。但在外太空遨遊6個月之久後，他們或許很難再快速、高效地完成任務，哪怕那些行動攸關生死。

為了了解更多，也就是斯科特和科爾尼延科完成空間站的一年任務回到地球之後，研究人員為二人安排了一系列測試。

參與雙胞胎對比實驗的研究人員。圖片來源：NASA

他們的太空艙垂直著陸在乾燥的大地上，這意味著在地面人員協助他們走出太空艙之前，他們必須先靠自己將半個身子探出艙外。斯科特堅信，這在火星上會容易得多，因為那顆星球上的引力更小。

這次前往國際空間站的任務由一系列幫助未來人類登陸火星的實驗組成。斯科特完成了每項現場試驗——均為模擬宇航員登陸火星時可能經歷的各種情況而設計。

對斯科特和科爾尼延科來說，最難的是諸如肌肉敏捷性、姿勢控制和保護穩定等功能性任務測試（Functional Task Test）。他們必須完成爬梯、下跳、打開艙門、使用各種工具、摔倒後迅速站立起來、避開障礙等任務。但在這些測試中，他們取得的成績與只在太空中生活了6個月的宇航員相比，並不存在顯著區別。

NASA宇航員斯科特·凱利在接受小肌肉運動技能測試

研究人員還檢測了兩人在零重力環境下生活一年後的小肌肉運動技能。他們安排宇航員在一塊平板電腦的屏幕上用手指點、拖拽、描出圖形的形狀，以及捏住旋轉的物體，而這些檢測與開發宇航員登陸火星後可能用到的工具密切相關。早些時候的檢測結果表明，宇航員們行動的精確性與反應速度都有一定程度的下降。

著陸後，宇航員們恢復身體機能所需的時長不同，但這也依賴於行前訓練或總體的經驗。目前，研究人員認為，更充分全面的訓練能幫助未來的宇航員們儘快恢復適應地球上的重力環境——與在太空中執行6個月計劃的宇航員們相比，由於身體行動力的變化，斯科特和科爾尼延科恢復適應的速度更慢。

長期以來，科學家們都在努力幫助宇航員們延長睡眠時間、提高睡眠質量。作息日程表的安排愈加合理，隨著輪崗次數的減少與空間站建造工程的完工，執行一年任務的宇航員們平均每晚可以得到7小時的睡眠時間。執行空間站短期任務的宇航員們平均可以睡6小時。

以上都還只是些初步的實驗結果，研究還在繼續。2017年晚些時候，NASA 將發布更詳盡、深入的研究報告。

「國際空間站一年任務以及同時開展的雙胞胎對比實驗……暫時還沒有為人類未來的長期太空飛行提供令人拍手叫絕的發現，」NASA 人類研究項目的首席科學家約翰·查爾斯（John Charles）在一份聲明中說道。

「有些結果，例如之前未曾預料到的、斯科特·凱利體內端粒的增長，還需要經過進一步的分析，並與其他研究人員的檢測結果進行比較——有可能只是一種假象或短暫的變化。總的來說，初步結果表明，在太空中生活一年的壓力並沒有比在生活6個月大多少。但是，更確切的結果還需要等待進一步的分析，這其中包括樣本和支持數據、全部研究結果之間的相關性，以及對參與此次國際空間站任務的宇航員與未來長期任務參與者的基因檢測——儘管很不幸的是，沒有更多的雙胞胎樣本了。」

原文地址：

http://edition.cnn.com/2017/02/01/health/astronaut-twins-study-preliminary-results-trnd/index.html