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我們不一樣!雙胞胎弟弟上太空一年 會和哥哥有什么不同?

航天員史考特. 凱利(右)在準備前往國際太空站執行為期一年的任務之前,和他的雙胞胎兄弟前航天員馬克. 凱利(Mark Kelly)一起出席一項宣傳活動。 PHO

航天員史考特. 凱利(右)在準備前往國際太空站執行為期一年的任務之前,和他的雙胞胎兄弟前航天員馬克. 凱利(Mark Kelly)一起出席一項宣傳活動。 PHOTOGRAPH BY ROBERT MARKOWITZ, NASA

2011年,航天員史考特. 凱利在國際太空站停留了六個月后返回地球,降落在哈薩克的阿爾卡雷克(Arkalyk)附近。 他搭上俄羅斯的搜救直升機,望著窗外,準備出

2011年,航天員史考特. 凱利在國際太空站停留了六個月后返回地球,降落在哈薩克的阿爾卡雷克(Arkalyk)附近。 他搭上俄羅斯的搜救直升機,望著窗外,準備出發前往兩小時路程外的庫斯塔奈(Kustanay)。 PHOTOGRAPH BY BILL INGALLS, NASA

史考特. 凱利在2010年的地表訓練中,身著艙外行動裝置(Extravehicular Mobility Unit,簡稱EMU)。 PHOTOGRAPH BY

史考特. 凱利在2010年的地表訓練中,身著艙外行動裝置(Extravehicular Mobility Unit,簡稱EMU)。 PHOTOGRAPH BY MARK SOWA, NASA

2006年,發現號航天飛機停靠國際太空站的時候,航天員史達夫妮. 威爾森(Stephanie D. Wilson)和馬克. 凱利飄浮在發現號航天飛機里。 PHO

2006年,發現號航天飛機停靠國際太空站的時候,航天員史達夫妮. 威爾森(Stephanie D. Wilson)和馬克. 凱利飄浮在發現號航天飛機里。 PHOTOGRAPH BY NASA

2004年,馬克. 凱利在林登. 約翰遜太空中心附近準備進行T38教練機的飛行。 PHOTOGRAPH BY ROBERT MARKOWITZ, NASA

2004年,馬克. 凱利在林登. 約翰遜太空中心附近準備進行T38教練機的飛行。 PHOTOGRAPH BY ROBERT MARKOWITZ, NASA

(神秘的地球uux.cn報道)據美國國家地理(撰文:CATHERINE ZUCKERMAN 編譯:鐘慧元):藉由比較史考特. 凱利(Scott Kelly)和他身在地球上的雙胞胎兄弟,科學家開始慢慢了解,當人類長時間停留在太空中時,在遺傳、身體與認知方面可能會需要付出什么樣的代價。

醫學研究最喜歡同卵雙胞胎了,因為無論是身體或遺傳組成都幾乎完美匹配,使得雙胞胎擁有理想條件,正適合在研究人類對環境改變的反應時,作為對照和比較。 而當雙胞胎兩人都剛好是航天員的時候,那就像找到了研究的金礦。 正因如此,當美國航天員史考特. 凱利提出建議,說他和同卵雙胞胎兄弟馬克可以作為測試對象,用以探索長期太空飛行對健康的影響時,美國航天總署(NASA)立刻抓住了這個機會。

一項前所未有的研究于焉誕生:史考特將遠行到國際太空站,在那里停留一整年,在微重力環境中一邊工作、一邊過著航天員的生活。 同時,在地球上的馬克將作為遺傳完全相同的地面對照組,一邊工作一邊過著沒有被綁住的典型平民生活。

這項實驗從2015年3月27日進行到2016年3月2日。 在這一年之前、一年期間和一年結束以后,有一組跨領域的科學家團隊,持續透過分子、生理與行為角度研究他們兩人。 研究團隊的發現于4月12日發表于《科學》期刊上,替未來航行到月球、火星以及更遠之處的載人太空任務,提供了相當范圍的見解。

太空旅行是否讓史考特. 凱利的身體產生了某些永久性的改變? 如果人類真的想長期離開地球生活,是不是注定完蛋? 這篇文章都有解答。

史考特待在太空的那一年,身體上發生了什么變化?

當史考特在國際太空站上的時候,整體健康狀況維持得相當不錯。 但根據他和馬克之間的比較,科學家的確是觀察到了一些小變化。

其中一項差異跟染色體尖端的「保護蓋」,也就是「端粒」(telomeres)有關。 這些小小的遺傳物質,就是老化與潛在健康危機的生物標記,本篇研究的共同作者,也是科羅拉多州立大學的健康研究人員蘇珊. 貝利(Susan Bailey)說。 史考特在國際太空站上的時候,他的端粒變長了,不過在這個階段,還很難知道是否可能產生任何影響。

學者也發現了一些異常狀況,像是史考特的某些染色體發生了倒位與轉位的狀況,他的DNA出現了一些損傷,基因表現也有變化。 除了這些遺傳上的影響以外,史考特的視網膜和頸動脈都有增厚的情況,腸道的微生物群系也跟他在地球上的雙胞胎不太一樣了。

當他返回地球時,是否一切都恢復正常了?

并不完全是。 史考特有90%以上的基因都恢復到正常表現的程度,但有些小改變依舊。 他回來之后,變長的端粒大部分都很快地恢復到一般的長度,可是有一些卻變得比去太空站之前更短。 這種變短的狀況可能有重要性,值得繼續在其他航天員身上進行研究,貝莉在電郵中表示:「因為端粒變短跟生育力下降有關。 」其他相關的還有失智、心血管疾病和某些癌癥。

但話說回來,曾獲諾貝爾獎的分子生物學家的卡蘿. 格萊德(Carol Greider)提醒,這不見得能證明什么。 「因為在地球上進行的雙胞胎研究,也沒探討過端粒長度的相關性與波動有何影響,」她在電郵中寫說:「所以無法預期會有什么發現。 」格萊德并未參與這項研究。

有些染色體的倒位也沒有恢復,貝利說:「這可能會造成基因體不穩定,可能因此增加了癌癥的風險。 」研究人員也注意到史考特回到地球的幾個月里,認知技巧方面有持續減退的現象。

「是沒有繼續變得更糟糕,但也沒有變得比較好,」這項研究的共同作者,賓州大學睡眠與精神病學系的馬提亞斯. 巴斯納(Matthias Basner)說。

這是否代表在太空待一年會讓你生病或變得比較不聰明?

當然不是。 首先,整個研究團隊就特別強調這項研究的缺點,就是樣本數過少。

「最大的警訊就是,這個研究的n只有1。 」巴斯納這么說。 他說的n,指的是科學家用來代表研究樣本數或參與者數目的縮寫。 「如果你把馬克也算進去,那頂多只能說是n=2。 」在沒有研究更多測試對象之前,是不可能確定發生在史考特身上的這些健康狀況,是因為他個人獨有的體質,還是大致上能代表大多數處于類似狀況下的人。

「由于出現的持續性改變都非常小,因此在把這些改變歸咎于太空飛行、甚至說跟正常變異不同之前,都必須先在更多航天員身上也看到這些狀況。 」這項研究的共同作者,約翰霍普金斯大學的安迪. 范伯格(Andy Feinberg)說。

這項研究是否有其他的局限?

即使這項研究對于長期太空飛行的潛在風險,帶來了一些耐人尋味的見解,但并沒有辦法為我們解答,當航天員前往火星執行任務的途中會面臨什么問題。 部分原因在于,國際太空站其實并不在外層空間,而是在低地球軌道上,還是在地球磁場范圍里,所以并不會受到危害最大的宇宙輻射所影響。

而且,要協調這種整體性研究的物流安排,其實極為困難。 研究人員需要新鮮的血液樣本做分析,在太空中的史考特就必須在貨船定期抵達國際太空站的日子里抽血,才能讓血液樣本跟著貨船出發送回俄羅斯,再迅速送往地球上的各個實驗室。

另一項挑戰,是每次采樣的血量都很小,范伯格說這也限制了研究的范疇。

「因為種種原因,我們能從史考特身上抽取的血量,比小朋友住院時能抽的血還少。 」他在新聞稿中說。 「有些是后勤因素,有些則純粹是考慮到他的安全。 」

所以,若是想知道太空旅行的真正風險,需要付出什么代價?

為了繼續了解長期太空旅行對人體的影響,NASA正計劃未來在國際太空站執行為期一年的任務,也要進行更多在地球上的研究。 理想上,未來的這項研究將涵蓋在低地球軌道以外區域作業的航天員,像是月球或是更深入太空的地方。 研究團隊也希望能訓練未來的航天員,讓他們在出太空任務時具備處理自己DNA樣本的能力與科技。

而且如果這些未來的航天員中剛好也有一對雙胞胎的話,也沒什么不好的。




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