NASA送20隻小鼠上太空，有望揭示太空對人體腸胃的影響

在太空中生活會引起腸道細菌紊亂嗎？即將前往國際空間站（ISS）的二十隻老鼠將告訴你答案。周五早晨，太空探索技術公司（SpaceX）計划進行其第十五次補給任務。此次任務採用「龍」號飛船（Dragon spacecraft）從卡納維拉爾升空。該飛船將搭載近 6000 磅貨物，其中大部分為科學研究載荷，6 名機組人員可利用這些儀器和設備在飛船上進行一些科學實驗。

這些實驗包括對新進站小鼠的糞便進行收集、穿刺及稱重，同時還會拍攝這些小鼠睡眠狀態下的視頻。新研究將有助於 NASA 了解在將來火星任務中，如何使宇航員及其體內微生物保持健康。

太空中黑暗真空、與地球的晝夜節律大不相同。科學家們想要確定生命如何在太空無菌飛船中生活，這種環境又是否會對健康微生物組存在潛在影響；對嚙齒動物的研究正是其研究的一部分。本次宇航鼠實驗是 Scott Kelly 雙胞胎實驗（Scott Kelly』s twin experiment ）的鼠類版本。這一研究誕生的原因是，將宇航員派往火星之前，NASA 想要確切了解，這段漫長的旅程是否會引起宇航員（包括其體內微生物）機體功能的紊亂。

10 只小鼠將在太空中度過 90 天（相當於智人的 9 年）。「我們試圖了解當微重力打斷醒睡周期時會發生怎樣一連串的事件，」該研究聯合首席研究員、西北大學睡眠與晝夜節律生物學中心副主任 Martha Vitaterna 說。微生物可以產生人類及小鼠不能自我生成的所有基礎分子。Vitaterna 及其同事想要了解，這些微生物是否會轉化為化學信號，從而損害人體的承受能力，引發新陳代謝及免疫系統「失靈」。

因此，她的團隊計劃將兩種小鼠送入太空。其中一種即使在零重力的情況下也能安然入睡，而另一種則模仿「睡眠輕」的宇航員。由於基因差異，「覺淺」的小鼠並不產生褪黑素。

圖｜雙門開啟狀態下的 NASA 嚙齒動物培養模塊

這兩種小鼠在地球上的雙胞胎對照組被安置在 NASA 的一個研究設施中。該培養環境與 ISS 相同，均為一個氣鎖舷窗和氣體過濾系統的密封金屬盒。儘管存在３天的延遲，但這些小鼠面臨的周圍環境，如：氣體成分、溫度、模仿晝夜的光照都完全相同。來自 ISS 的數據流會告訴地面科學家，如何一刻不落地複製空間站中的環境。

該研究可與 NASA 的太空年（Year in Space）研究類比。在那項研究中，宇航員 Scott Kelly 在 ISS 被嚴密觀察了 340 天，而他的同卵雙胞胎兄弟 Mark（退役 NASA 宇航員）在地球上也接受相同的實驗。當時共有 10 個來自全美各地的研究小組聯合研究太空對 Scott 身體影響，而西北大學正是其中之一。

圖｜嚙齒動物研究硬體系統包括三個模塊：培育模塊（左）、傳輸模塊（中）、動物進入單位（右）

Vitaterna 的研究小組發現，零重力生活環境打破了 Scott Kelly 胃腸道內兩種主要菌群之間的平衡，但一旦他回到地球，這種平衡就又恢復了正常。宇宙飛船必須要保持極度清潔，以確保宇航員免受危險病原體的侵害；不過科學家們也想知道，缺少病菌是否會對人體恢復多樣化的微生物組造成困難。但總的來說，這一年中 Scott 胃腸道微生物組的整體多樣性變化差異之小令科學家們驚訝不已。

為了更好地認識這一點，NASA 正在進行一項更為大型的研究——宇航員微生物組項目。該項目旨在追蹤 ISS 機組人員在進行任務前、中、後的菌群情況。NASA 自 2013 年開始收集宇航員的血液、唾液、拭子（取自前額、腋窩及肛門等位置）樣本，今年 2 月剛剛完成了最後一輪收集。雖然尚未見到報道，但這些結果無疑將完美揭示太空對身體菌落，包括後續的新陳代謝及免疫功能的影響。

圖｜NASA 宇航員 Barry 「Butch」 Wilmore 正在國際空間站微重力科學手套箱中設置嚙齒動物研究-1 的硬體

研究人員可以按照構想提取人體拭子，但不能對人體進行解剖，這正是引入嚙齒動物實驗的優越之處。在進行太空旅行之後，科學家可以對這些動物的肝、脾等不同內部器官進行觀察，從而更好地理解發炎、新陳代謝紊亂、微生物組改變之間的關係。所有這些信息對火星任務設計中保持宇航員的「內部引擎」的運行至關重要。

如果一切順利，這些小鼠將於周一（7 月 2 日）到達空間站，與之同時抵達的還有一個笑嘻嘻的浮動伴侶機器人及在零重力下構建微觀化學花園的特製小型水族箱。這是 ISS 船上的又一科學大豐收。

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