經(jīng)歷“300進(jìn)4”選拔 空間站里能吃能睡 “加班”歸來(lái)狀態(tài)良好
“小鼠航天員”太空環(huán)游記
10月31日，4只“小鼠航天員”乘坐神舟二十一號飛船飛天，我國首次嚙齒類(lèi)哺乳動(dòng)物空間科學(xué)實(shí)驗在空間站實(shí)施。由于神舟二十號飛船疑似遭空間微小碎片撞擊，原定在軌5至7天后就隨神舟二十號飛船返回地面的小鼠，“出差”周期被延長(cháng)至近兩周。
11月14日，延長(cháng)“出差”的“小鼠航天員”，跟隨神舟二十號航天員乘組搭乘神舟二十一號飛船順利返回地面。目前，科研團隊正在對它們開(kāi)展進(jìn)一步研究，探究這次“太空之旅”給小鼠帶來(lái)的變化。相關(guān)研究成果將助力未來(lái)的深空探索。
【小黑鼠檔案】
這種小黑鼠屬于C57BL/6品系，是一種近交系小鼠。它們的遺傳均一性好、個(gè)體間差異小，通常比小白鼠身體更健壯，適應性也更強。飛天小鼠的編號分別為6(雄)、98(雄)、154(雌)、186(雌)。
層層選拔
4只小黑鼠“過(guò)五關(guān)斬六將”
與人類(lèi)航天員的嚴格選拔類(lèi)似，“小鼠航天員”也必須是身體健壯、能力出色的成員。飛天路途充滿(mǎn)艱辛，為確保實(shí)驗在軌順利進(jìn)行，科研人員為300只小鼠出了一份“考卷”，覆蓋了生理指標、運動(dòng)能力、空間識別能力、記憶能力、繁殖能力等多個(gè)方面。
小鼠面臨的第一個(gè)考驗是旋轉滾輪。在轉棒式疲勞儀上，小鼠要不停跑動(dòng)才能不掉落，跑動(dòng)時(shí)間越長(cháng)，表明個(gè)體越有韌性、不易疲勞。堅持時(shí)間更久的小鼠，可以晉級下一輪——抗眩暈能力測試，小鼠要身處高速旋轉的容器，持續轉動(dòng)以測試前庭功能。前庭功能優(yōu)秀的小鼠，更適應發(fā)射時(shí)的超重狀態(tài)和太空失重狀態(tài)。
接下來(lái)，“平衡木”“走迷宮”等測試環(huán)節輪流登場(chǎng)，意在挑選運動(dòng)協(xié)調能力和記憶能力優(yōu)秀的個(gè)體，以防它們飛天后無(wú)法找到食物的位置。這些選拔項目淘汰了200只小鼠后，勝出的100只小鼠開(kāi)始接受前庭功能、裝置適應性等針對性訓練。此后，科研人員再從中挑選出12只小鼠，成為飛天“預備隊員”。
經(jīng)過(guò)60多天的篩選和訓練，在神舟二十一號飛船發(fā)射任務(wù)當天早上，執行實(shí)驗任務(wù)的兩雄兩雌4只小鼠才最終被選出，編號分別為6、98、154、186。在“小鼠航天員”飛天的同時(shí)，地面實(shí)驗室里還有4只小鼠成為實(shí)驗的對照組。通過(guò)天地對照實(shí)驗，科研團隊將能更精準地識別出，究竟是哪些太空因素導致小鼠飛天后的各項變化。
當“小鼠航天員”的影像公布時(shí)，不少人表示驚訝——它們不是人們常見(jiàn)的小白鼠，而是一批小黑鼠。這種小黑鼠屬于C57BL/6品系，是一種近交系小鼠。它們的遺傳均一性好、個(gè)體間差異小，通常比小白鼠身體更健壯，適應性也更強。這些特點(diǎn)，讓它們更符合“小鼠航天員”的要求，也利于科學(xué)家開(kāi)展空間實(shí)驗和科學(xué)數據采集。
廣大網(wǎng)友還紛紛開(kāi)動(dòng)腦筋，為“小鼠航天員”取名。從“舒克、貝塔”的童年回憶，到“鼠嫦娥、鼠天將”的神話(huà)元素，再到“望天、攬月、追云、逐夢(mèng)”的探索豪情……這些名字，寄托著(zhù)濃濃的期待。
“空間站的環(huán)境為我們提供了地面無(wú)法復刻的微重力條件，我們期待看到，在微重力、宇宙輻射和封閉生態(tài)系統的綜合作用下，小鼠會(huì )發(fā)生哪些變化?！敝袊茖W(xué)院動(dòng)物研究所副研究員李天達表示，微重力環(huán)境會(huì )直接影響小鼠的骨骼肌、前庭系統和體液分布，輻射則可能引發(fā)遺傳物質(zhì)損傷，這些因素都是地面模擬無(wú)法完全復現的。
居住愜意
“太空宿舍”里也能享“日出日落”
在空間站里生活，居住的舒適度很重要。小鼠的“太空宿舍”——由中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所團隊研制的小型哺乳動(dòng)物飼養裝置經(jīng)過(guò)特殊設計，能夠實(shí)現自動(dòng)飼養，適合嚙齒類(lèi)動(dòng)物的在軌生存。裝置內共有兩個(gè)房間，在航天員的操作下，4只小鼠分為兩組，一雄一雌住進(jìn)一間房?？紤]到小鼠穴居動(dòng)物的特性，科研團隊還在裝置中設計了一處躲避籠。這不僅豐富了小鼠的生活空間，而且還可以在飛船發(fā)射及返回過(guò)程中出現振動(dòng)和噪聲時(shí)，讓受到驚嚇的小鼠能夠鉆進(jìn)籠內緩解焦慮。
衛生問(wèn)題也無(wú)需擔心。裝置內部的定向風(fēng)場(chǎng)，能將小鼠的在軌排泄物、掉落毛發(fā)等代謝物吹至裝置底部回收，保證內部空間的清潔度。同時(shí)，裝置本身采用全氣密結構，與空間站內的空氣也實(shí)現完全隔離。
4只小鼠在軌的任務(wù)就是健康生活，在裝置內自由地進(jìn)食、活動(dòng)。這些生活情況都會(huì )通過(guò)在軌相機回傳至地面?？蒲袌F隊對它們展開(kāi)了24小時(shí)監測，觀(guān)察它們的應激行為、生活節律、互動(dòng)行為等變化。
中國空間站每天繞地球飛行約16圈，沒(méi)有了晝夜更替，小鼠會(huì )不會(huì )不適應？考慮到這一點(diǎn)，科研團隊為它們安裝了照明系統，每天在北京時(shí)間7時(shí)亮燈，19時(shí)熄燈?！叭粘鋈章洹比绯?，讓小鼠保持正常的生物鐘。
不負眾望
小家伙正常吃喝活潑好動(dòng)
作為我國首批飛天的實(shí)驗小鼠，它們的一舉一動(dòng)都備受關(guān)注。當然，4只小鼠的表現也不負眾望，在空間站里，它們狀態(tài)良好，活潑好動(dòng)，能夠正常進(jìn)食飲水。失重條件下，裝置的幾面墻壁都被它們視為“地面”，有的小鼠會(huì )抓著(zhù)籠壁睡覺(jué)，睡熟后爪子松開(kāi)，就會(huì )“睡”在半空中。這些畫(huà)面，都被在軌相機一一記錄下來(lái)。
由于神舟二十號飛船返回艙舷窗玻璃出現細微裂紋，不滿(mǎn)足載人安全返回的放行條件，小鼠原計劃5至7天的短期“太空出差”被延長(cháng)至近兩周。在地面，科研團隊早早地為它們準備了新家，期盼它們歸來(lái)。11月14日，經(jīng)歷了近兩周的在軌生活，4只小鼠終于坐上了返回地球的飛船。當飛船返回艙落地后，科研團隊第一時(shí)間將小鼠轉移到用于轉運的專(zhuān)用運輸盒里，盒內鋪著(zhù)柔軟的墊料，還放置了它們喜歡的果凍、飼料及飲用水，這些都是小鼠們熟悉的“家鄉味道”。
科研人員介紹說(shuō)，這些輔助手段可以幫助小鼠快速恢復狀態(tài)，重新適應地面環(huán)境。后續，科研團隊還將開(kāi)展小鼠的行為學(xué)檢測、生理生化指標分析等工作，初步解析小鼠對空間環(huán)境的應激響應與適應性變化規律。小鼠的基因與人類(lèi)的相似度約為85%，是模擬人類(lèi)生理病理變化的天然模型，可謂是合格的“探路先行者”。
“隨著(zhù)人類(lèi)太空活動(dòng)時(shí)間的延長(cháng)，我們需要更全面地了解哺乳動(dòng)物在空間微重力環(huán)境下的適應性?！崩钐爝_表示，這批飛天小鼠，有望填補我國在空間小型哺乳動(dòng)物實(shí)驗領(lǐng)域的空白，為未來(lái)長(cháng)期太空探索提供基礎數據，并通過(guò)樣本和數據的共享，推動(dòng)空間生命科學(xué)的整體發(fā)展。
隊伍壯大
“太空動(dòng)物園”名單日漸充實(shí)
來(lái)自中國科學(xué)院空間應用工程與技術(shù)中心的蔣越，一直關(guān)注著(zhù)小鼠在軌的狀態(tài)，并在返回任務(wù)當天守候在東風(fēng)著(zhù)陸場(chǎng)，迎接小鼠“回家”。他介紹，這批“小鼠航天員”非常聰明，它們在很短的時(shí)間內就適應了空間站的微重力環(huán)境，并能夠自主進(jìn)食、飲水、活動(dòng)、入睡。通過(guò)本次任務(wù)，科研團隊成功探索了小鼠在軌飼養的關(guān)鍵技術(shù)，并建立起空間哺乳動(dòng)物天地一體化全流程研究的實(shí)驗體系，為我國后續開(kāi)展大規模的空間哺乳動(dòng)物研究奠定了重要基礎。
線(xiàn)蟲(chóng)、果蠅、斑馬魚(yú)、渦蟲(chóng)、小鼠……如今，入住中國空間站“太空動(dòng)物園”——問(wèn)天實(shí)驗艙生命生態(tài)實(shí)驗柜的動(dòng)物名單正日漸充實(shí)。它們都是生命科學(xué)研究中經(jīng)典的模式生物，即由科學(xué)家們選定用于科學(xué)研究，以揭示某些具有普遍規律的生命現象的生物。隨著(zhù)我國太空探索的腳步不斷加快，太空動(dòng)物實(shí)驗持續開(kāi)展，返回式衛星、神舟飛船、空間站等航天器成為相關(guān)實(shí)驗的重要平臺。
在中國空間站，線(xiàn)蟲(chóng)是最早入住的實(shí)驗動(dòng)物。在神舟十五號任務(wù)期間，科研人員利用問(wèn)天實(shí)驗艙生命生態(tài)實(shí)驗柜的小型通用培養實(shí)驗模塊開(kāi)展了線(xiàn)蟲(chóng)實(shí)驗。線(xiàn)蟲(chóng)個(gè)體小、結構簡(jiǎn)單、生長(cháng)周期短、繁殖能力強，易于空間搭載培養、便于進(jìn)行遺傳操作，它們對于空間輻射和微重力的感知，與人類(lèi)及一些哺乳動(dòng)物在細胞水平上的影響相似，可以用于探索太空環(huán)境對機體的生長(cháng)、發(fā)育、生殖、運動(dòng)、衰老等方面的影響與作用機制。
隨后，“魚(yú)航員”登場(chǎng)。包含4條斑馬魚(yú)和4克金魚(yú)藻的空間先進(jìn)水生生保系統，隨神舟十八號飛船成功發(fā)射升空并進(jìn)入中國空間站，實(shí)現了我國在太空培養脊椎動(dòng)物的突破。該系統完成了斑馬魚(yú)從生長(cháng)發(fā)育到繁殖的長(cháng)期培養實(shí)驗，創(chuàng )造了水生生態(tài)系統空間運行43天的新世界紀錄。
神舟十九號飛船則首次把果蠅帶到空間站，經(jīng)過(guò)約兩個(gè)月的實(shí)驗，果蠅在軌培育出第三代。如今，小鼠也已完成太空之旅。當前，我國的空間生命科學(xué)研究從藻類(lèi)到魚(yú)類(lèi)再到哺乳類(lèi)，展現了從低等生物到高等動(dòng)物拓展的趨勢，相關(guān)研究正在逐步走向深入。這些出征太空的“動(dòng)物使者”，將為人類(lèi)在太空長(cháng)期生存、開(kāi)展深空探測奠定堅實(shí)的科學(xué)基礎。
北京晚報 本報記者 劉蘇雅 文
