火星旅行能不能成，就看小鼠糞便給不給力了

原標題：火星旅行能不能成，就看小鼠糞便給不給力了

國際空間站上的生活會如何影響腸道菌群？研究人員正在展開實驗。

在國際空間站（ISS）上，宇航員的糞便先是經由小孔，進入一個密封的馬桶，然後被噴射入地球大氣層，化成一團火焰。

對於今年登陸空間站的20隻小鼠而言，它們的糞便雖不會如此「絢爛」，但終究不乏戲劇性。它們於6月29日發射升空，前往空間站，將圍繞微重力對機體和內部節律的影響，為科學家提供數據，而其中一部分數據，就將從它們的糞便中截取。

聽著耳熟？沒錯。2015年，美國宇航局（NASA）就做過同樣的試驗，只不過對象是人，名為「雙胞胎研究」：宇航員斯科特·凱利（Scott Kelly）在空間站上生活了一年，而他的哥哥馬克·凱利（Mark Kelly）在地球上充當控制組。科學家耗時數年，鑽研該實驗生成的數據。此次的「嚙齒類研究7號」（Rodent Research-7）任務，就由其中部分研究人員所設計。

這場小鼠任務有一長串的問題要解答。該課題由西北大學的弗雷德·塔瑞克（Fred Turek）和瑪莎·維塔特納（Martha Vitaterna）負責，多家學術機構的研究人員參與，旨在研究微重力條件對動物腸道菌群、胃腸功能、免疫功能、新陳代謝、睡眠以及晝夜節律的影響（或言干擾）。

「我們正在把生物學引入太空項目。」塔瑞克說。他跟NASA合作多年，幫助應對太空飛行對人體的挑戰。不論坐在雜亂的辦公桌前，還是漫步於實驗室大廳內，塔瑞克只要一提起外太空，就會神采奕奕。他身穿印有NASA標識的牛仔外套，詩意盎然地談論著過往，比如曾讓倉鼠搭乘「嘔吐彗星」——指NASA採用的一種削減引力的飛行器，可以不離開地球大氣層，展開微重力條件測試；又比如，在NASA送77歲的約翰·格倫（John Glenn）重返太空的決定中，他曾提供了何種建議。

但塔瑞克的日常還是挺接地氣的：他研究的是睡眠。我們對生物節律的了解，很大一部分都是拜他所賜，包括他曾經發現了一種基因，它似乎掌管著哺乳動物的24小時生物鐘。這個生物鐘使哺乳動物隨著太陽的起落同步作息，還運行著睡眠、體溫等系統，並影響著諸如體重、患病傾向等方方面面。

就這樣，塔瑞克意外走上了糞便研究之路。原來，一個人慣常的睡眠-覺醒周期被打破後，其腸道菌群也會發生改變。隨著認識的深入，腸道菌群對人體健康的影響日益顯現。如今，很大一部分時間裡，塔瑞克和維塔特納都在探究腸道菌群對晝夜節律的影響。

「小鼠並不是毛茸茸的微縮版人類。」維塔特納一邊說，一邊用手揮趕著附近實驗室逃出來的一隻果蠅。但從遺傳和行為角度來看，嚙齒類動物與人類有很多共同特徵。作為能跟人類類比的實驗動物，這已經算是很接近了，她說。

小鼠實驗也不能等同於「雙胞胎研究」，說「兄弟實驗」倒是可以。

一個實驗對象竟然想逃走。

雖是雙胞胎，但凱利兄弟在地球和太空中過著截然不同的生活。相比之下，在「嚙齒類研究7號」任務中，小鼠們的生活受到了更多的限制（而且可預測性更強）。它們棲居於同樣的籠子，進食同樣美味的鼠糧，一切都在同步環境條件下進行。太空小鼠生活在封閉的籠子內，籠子裝有金屬網格，可供漂浮的小鼠抓握，還有一些設計，旨在將小鼠與其排泄物隔離，並避免糞便進入空間站其他區域。在地球上，控制組的小鼠們也有完全相同的籠子和居住條件（唯一不同的就是重力了。）

空間站的數據被發送到阿拉巴馬州的馬歇爾太空飛行中心，接受存儲與歸檔。相關數據還會被發送至佛羅里達州的肯尼迪航天中心，在那裡，技術人員將小鼠生存環境程序化，以匹配國際空間站的環境條件。相對於太空小鼠，地球小鼠存在三天的同步延遲，以便團隊基於空間站的準確測量數據，對環境進行複製。從溫度、濕度到二氧化碳含量，一切條件都嚴格匹配國際空間站；從動物處置、餵食到換籠，一切程序也都保持一致。

儘管所有小鼠都將接受一連串的試驗，但相對於地球，太空版的試驗更需要一雙巧手。在地球上，要收集小鼠糞便，或做一個小實驗，這些都輕而易舉；但沒有了重力的協助，要操作一隻扭來扭曲的小鼠，恐怕就沒那麼簡單了。在這種棘手的條件下，每兩周時間，宇航員都要從每隻小鼠那兒，收集一顆珍貴的糞便。他們要測量每隻小鼠的體重和骨密度，整個實驗期間至少兩次；還要給小鼠抽血，並用攝像機拍攝小鼠的棲息空間，共計三次，每次48小時。30天後，他們將對其中10隻進行「處理」（安樂死並解剖的委婉說法）。倖存的10隻可以再活兩個月，但等待它們的將是同樣的命運。

在小鼠生命周期內，三個月並不算短，但對美國西北大學的團隊而言，這是一場漫長的等待。等這些小鼠回到地球，他們的工作才算真正開始。技術人員將評估死鼠的蛋白質水平和激素狀況，並分析視頻記錄下來的小鼠行為。技術人員還將用鹽水溶解小鼠糞便，提取其中的DNA，並加以測序。

「這些樣本十分寶貴。」克里斯·奧爾克（Chris Olker）這樣描述小鼠糞便。他是一名研究員，負責其中一些檢驗。一提起他繁育、解剖和研究的小鼠，奧爾克就充滿了熱情。

據研究團隊說，把事情搞砸的方式有千千萬萬種。一個打翻的樣品瓶，一種測量有誤的化學物質，都可能毀掉多年的籌備，使這會兒我們頭頂上的太空舞蹈變成徒勞。

之前，這場精心規劃的任務就遇到過麻煩。升空前，因為一隻桀驁不馴的小鼠，團隊亂成了一團。「對於該送哪一批老鼠上天，我們是改變過主意的。」維塔特納說。從小鼠的體重到外形，她「近乎痴迷」地觀察著它們的方方面面；所以，當看到其中一隻跳出籠子時，她開始擔心：它會不會在太空製造麻煩？於是，團隊啟動了應急計劃——無數應急預案中的一個——決定把去太空和留在地面的小鼠整批對調，而此時，距離最終發射只剩一周左右的時間。如今，差點沒去成太空的小鼠們正在無重力環境下睡眠、排便，而那些過度活躍的小鼠則留在了地球上，充當控制組。

小鼠糞便中隱藏的數據將告訴我們，重力的缺失會不會影響腸道菌群，如果會，它們又是如何影響的。腸道菌群是一個有著微妙平衡關係的微生物群體，影響著免疫力、體重、癌症風險、心理健康、糖尿病等身體的各個方面。

研究人員希望通過這一信息，探索晝夜節律擾亂與小鼠——以及人類——其他系統之間的聯繫。NASA打算將這些經驗納入火星登陸計劃。從地球到火星，宇航員要經歷九個月的航行，而且他們在火星上的駐留時間未定。（火星重力不到地球的一半。）

對斯科特·凱利這樣的宇航員來說，太空經歷對他們身體的影響，可能需要幾年、乃至幾十年才會顯現，因此，NASA對加速版的嚙齒類動物試驗寄予了厚望。對於在太空長時間生活的宇航員，微重力會產生何種影響？這是一個龐大的研究課題，嚙齒類研究7號只是其中一個方面。

該項目於2014年啟動處女航，在探知太空飛行風險的過程中，相對而言算是一種更快捷、更具成本效益的方式。到目前為止，科學家已經圍繞太空中肌肉組織的損失、神經系統的改變、骨骼的生長與癒合，以及腦部和眼部血管，從小鼠身上獲得了數據。

越早知道長期太空飛行的潛在危險，NASA就能越早研發出應對措施，避免宇航員從火星——或其他遙遠的地方——重返地球時，出現致命的意外。

「雙胞胎任務」的意義也正是在此。今年晚些時候，實驗的詳細情況才會公布。談及這些實驗，維塔特納有些遮遮掩掩。但聊到小鼠糞便有朝一日也許能幫助人類登上火星，她立刻卸下了防備。「可以從廢物中收穫那麼多，感覺棒極了。」她笑著說，「就好像變廢為寶一樣。」

翻譯：雁行

來源：popsci.com

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