宇航员在太空中面临着无数的危险,至少有一个是地球人非常熟悉的:癌症。这种风险急速上升,牢牢挡在深空探索的路上,欧盟资助的一个研究小组正在致力于解决这一困难。

原标题:与水熊虫“合体” 人类就能抵御太空辐射?

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科学家通过基因分析,发现了水熊虫抵抗辐射损伤的独门“武器”——损伤抑制蛋白Dsup。他们还发现,这种蛋白放到其他动物细胞里也能同样起到保护作用。

ued赫塔菲官方 ,图片说明:企业号周围的一个力场图解

太空旅行、火星定居等,是我们“星辰大海”美好愿景中的一部分,但人类毕竟是肉眼凡胎,如何抵抗太空旅行或在其他星球上生活可能受到的伤害呢?最近,有科学家提出,或许可以将水熊虫的DNA与人类细胞相结合,利用其强大的生存能力,使宇航员更能抵抗太空飞行的有害影响。

欧洲太空辐射超导屏蔽工程由来自七个欧洲研究组织的科学家组成,他们正在开发一个力场。

水熊虫究竟是“何方神圣”?其DNA真的能与人类细胞结合吗?对此,中国航天科工集团二院研究员杨宇光对科技日报记者表示:“将水熊虫DNA与人类细胞相结合并不靠谱,而且还涉及伦理问题。目前,金属壳体和强磁场屏蔽技术是宇航员抵御长期太空辐射的主流技术。”

严格来说,这是超导磁屏蔽。科学家们想要用磁场包围宇宙飞船,就像环绕地球的磁层,这有助于保护地球免受宇航员在太空中受到的那种宇宙射线的伤害。

水熊虫生命力强有“独家武器”

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是谁能在零下20摄氏度沉睡30年后成功苏醒;在150摄氏度高温下镇定自若;耐得了太空的真空环境、扛得住射线侵袭;在6倍于深海压力的环境下也能存活?

没错,就是赋予神奇四侠超能力的宇宙射线,它们是一种高能量、带电的亚原子粒子,包括太阳耀斑释放出的太阳高能粒子以及超新星这类事件产生的银河系宇宙射线。在辐射环境中,银河系宇宙射线是最容易产生问题的,内华达大学拉斯维加斯分校的健康物理学教授Francis Cucinotta博士在2014年接受连线采访时说,在所有辐射类型中,银河系宇宙辐射会导致非常严重的肿瘤。

答案是:水熊虫!

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科学家已知,水熊虫是地球上生命力最强的物种,这种动物只有约1毫米大小,用显微镜才能看清它的样貌。美国康奈尔大学遗传学家克里斯·梅森对美国趣味科学网站指出,水熊虫是目前已知唯一能在太空环境中存活的动物。

为了降低宇航员的患癌风险,NASA将任务期限限制在五个月左右,而一次快速的火星往返旅程至少需要花费16个月。

那么,水熊虫耐受各种极端环境的“秘密武器”是什么呢?

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科学家通过研究发现,相比其他动物,水熊虫具有更多超氧化物歧化酶基因,以及更多拷贝的MRE11基因,这些基因可以帮助减轻氧化损伤、修复DNA,从而起到保护作用。此外,水熊虫体内还缺少一些与环境应激有关的基因,这可能也有助于它们适应恶劣环境。

图片说明:企业号周围的一个力场图解

另据英国《自然》杂志网站2016年9月20日报道,日本科学家通过基因分析,发现了水熊虫抵抗辐射损伤的一个独门“武器”——损伤抑制蛋白Dsup,它可以显著减少水熊虫DNA在遭受X射线照射时的损伤。

欧洲核子研究组织的项目科学家Amalia Ballarino博士说,宇宙飞船目前有屏蔽装置,但它是被动型的。

研究人员还发现,这种蛋白放到其他动物细胞里也同样能起到保护作用。他们让实验室里培养的人源细胞也表达了这种蛋白,结果与没有这种“护盾”的普通细胞相比,表达了Dsup蛋白的细胞在接受X射线辐射后,仍保持了一定的细胞活性和增殖能力,其DNA损伤也比对照组减轻了40%。

Ballarino在一封邮件中写道:“宇宙飞船是由特殊材料建造的,可以减轻辐射的影响。”然而,被动屏蔽装置对最具有破坏性的辐射源并不有效,银河系宇宙射线起源于太阳系之外,它们的速度非常快,这些屏蔽装置无法阻止。

“人虫结合”不靠谱且涉伦理问题

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梅森团队打算在上述研究结论的基础上进一步研究,他表示,未来可将水熊虫的DNA和人类细胞结合,帮助宇航员长时间抵御太空辐射的侵袭。

太空辐射超导屏蔽是一种主动型屏蔽方法,它能利用超导磁体产生比地球磁层还要强3000倍的磁场,磁场可以改变带电粒子的路径。SR2S将围绕飞船创建一个30英尺的宇宙射线偏转力场。

趣味科学网在报道中指出,研究显示,宇航员太空旅行面临的主要健康问题之一是辐射暴露。如果科学家能找到一种帮助人体细胞抵御辐射影响的方法,那宇航员就能在太空中更健康地生活更长时间。而且,在理论上,这种技术也可以用来减少癌症治疗过程中辐射对健康细胞的影响。

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尽管梅森对将水熊虫DNA与人类细胞结合信心满满,但杨宇光对记者一针见血地指出:“这事不靠谱,而且涉及伦理问题。”

“磁体系统必须轻巧稳定,”Ballarino说,“我们已经研究了不同的磁体和线圈结构。”科学家针对这项应用开发了一种特殊的导体:钛包覆MgB2。它产生的磁屏蔽虽然不能阻止一切,但能将宇航员受到的辐射减少到Ballarino所说的“可接受的水平”上,这使得深空旅行大大成为可能。

杨宇光解释说:“水熊虫之所以能够耐受如此恶劣的环境,除了上面所述的基因原因,很大程度上是因为其体型小。”生物物理学告诉我们,如此微小的水熊虫和另一个大的物体比如人,在真空下的受力状态,包括能够承受的力、内外压力之间的关系等,都是不一样的。就像跳蚤体长0.5—3毫米,却能跳出350毫米的高度,相当于身体长度的100多倍,如果人类具备跳蚤的跳跃能力,就能跳到340米左右的高度吗?这显然是不可能做到的。“同理,如果将水熊虫等比例放大到人的大小,它一样无法抵抗真空环境。”杨宇光说。

归心似箭

此外,梅森表示,如果基因工程能使人类更安全地居住在火星上,而不影响他们在地球上的生活,那这样的基因工程可能就是合乎伦理的。但杨宇光指出:“如果将水熊虫的DNA与人类细胞相结合,那么,拥有外源性DNA的人还算人吗?这也是一个值得深思的问题。”

主动型屏蔽的成功还有更广泛的影响。NASA将宇航员死于癌症的风险增加值限制在3%,一旦他们吸收了足够的宇宙辐射达到了这个极限值,就无法再返回太空(至少在NASA的资助下),无效的屏蔽大大减少了符合某些任务类型的候选人数量。

金属和强磁场是“盾牌”

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如果将水熊虫DNA与人类细胞结合的方法不靠谱,那么,有什么办法可以帮助人类长时间抵御太空辐射的侵袭呢?

它还促成了在候选资格上的性别偏见。由于患乳腺癌、子宫癌和卵巢癌的独特风险,女性的辐射阈值要低于男性,这意味着女性比她们的男同事更容易达到3%这个值。因为身体差异,女性在多达一半的任务中会自动退出竞选。

杨宇光介绍说,目前科学家正在尝试多种方法,但比较靠谱的是金属屏蔽技术以及强磁场屏蔽技术。

Ballarino说,SR2S项目预计在2015年年底前证明超导磁屏蔽的可行性,到那时项目便结束。如果成功,项目文献估计20年内可在实际中实现。

“所谓金属屏蔽,就是使用比较厚的金属来制造宇宙飞船的壳体,屏蔽太空辐射,这种方法的缺陷是航天器的‘块头’越大,需要的金属就越多,导致航天器‘体重’增加,发射成本上升。因此,这一方法适合比较小型的航天器。”

这很酷

为了减小航天器的尺寸,科学家提出了让宇航员“冬眠”的想法。据介绍,目前,美国国家航空航天局(NASA)、欧洲航天局(ESA)都在研究控制宇航员“冬眠”的载人深空探测技术。ESA提出了一个从地球一路睡到火星的载人探测概念,该机构认为“可控的‘冬眠’是载人太空飞行中一种改变游戏规则的技术”,并成立了专门从事相关研究的小组,希望使其“梦想照进现实”。

在太空中,NASA的宇航员会随身携带个人辐射监测器,回到地球后,专家们下载并分析数据,以计算每位宇航员在任务期间的个人辐射量。

杨宇光说:“‘冬眠’的宇航员不需要太大活动空间,航天器的体积和质量可大幅减小,辐射防护技术难度和成本因此得以显著降低。”但这一技术目前还只是个美丽的愿景,并未成为现实。怎样保证“冬眠”技术的安全性——既要绝对保证宇航员准时醒来;又要防止“冬眠”对宇航员身体造成严重损伤,都有很多技术难题需要解决。

至于磁场屏蔽,据国外媒体报道,欧洲科学家目前正计划利用磁场包围宇宙飞船,就像环绕地球的磁层,保护宇航员免受太空辐射。这一项目名为“太空辐射超导屏蔽”(SR2S),它能利用超导磁体产生比地球磁层强3000倍的磁场,产生的磁场可改变带电粒子的路径,SR2S将围绕飞船创建一个30英尺(10米)的宇宙射线偏转力场。

但杨宇光同时指出,磁场屏蔽方法也是一把双刃剑,因为强磁场本身会给人体带来伤害。“如何让强磁场在更好地抵御辐射的同时不伤害人体,也是个巨大的挑战。”

从哥伦布发现新大陆,到人类登上月球,再到出征火星,以及更遥远的未来,人类探索宇宙的道路从来都非坦途,但这并不能阻止人类迈向外太空的脚步,“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索”。随着新技术的到来,人类对于新世界的探索之旅也必将更加畅达。