“神舟”號上的生命研究

沈羨云

從20世紀50年代末，我國就進行了空間生命科學研究，尤其是發射“神舟”號系列飛船后，在飛船上搭載了通用生物學培養箱、蛋白質結晶裝置、動植物細胞融合裝置等進行空間生命科學實驗的設備，更是利用一切可能條件，進行了大量的空間生物醫學實驗。1999年發射的“神舟”1號，開啟系統研究“太空誘變育種”的序幕：從“神舟”2號到“神舟”6號，生命科學研究的內容逐漸增加，從對動植物空間生物學效應和空間生物學技術的研究，發展到對人生理效應和醫學的研究。

太空育種

“神舟”號載人飛船的發射，為我國的太空育種實驗作出了巨大貢獻。由于搭載種子不需要航天員在飛行中操作，不會影響飛船的技術狀態和主要任務，并且其重量輕、占的空間位置不大，因此在“神舟”號上可以搭載更多的植物種子并進行有關的實驗。自1999年發射“神舟”1號以來，在6艘“神舟”號飛船中都搭載了植物種子，甚至搭載了試管苗。在“神舟”號飛船中先后將各種農作物、蔬菜、中草藥、樹種等種子送入太空。

目前，世界上只有美國、俄羅斯和中國成功地進行了衛星或宇宙飛船搭載的“太空育種”研究，美、俄進行的太空育種實驗主要是為了解決今后長期飛行中航天員在飛船和進入其他星球時食物供應和維持座艙環境的問題，而我國的太空育種是為了解決地球上人類生活問題。中國太空育種品種之多、范圍之廣、成就之大是世界上其他國家無法相比的。因此，我國的“太空育種”研究至今仍居世界領先水平。

太空中的細胞“婚禮”

在“神舟”4號上有一個不大的黑色小盒子，別看這個小盒子貌不驚人，它可是我國自行設計和研制的一臺細胞電融合儀。在這個小盒子中將舉行兩場“婚禮”，一對新人是動物細胞，另一對新人是植物細胞。它們結婚后生出來的孩子，將具有其父母的特性。這種方法是很有用的，它們可用于生物制品加工、培育新品種和生物制藥。下面我們來看看這兩對婚禮是如何進行的。

植物細胞的“婚禮”要做太空中的新人可不容易，動物和植物細胞的新人都是經過地面科研人員精心挑選出來的。這次上天的“新郎”是有液泡的煙草細胞，開的是黃花，“新娘”是脫液泡的革新一號煙草細胞，開的是粉花，估計它們結合后，雜交出的后代開的是黃花，與父親相同，但它的形狀卻遺傳了母親的特征。

飛船發射前，科技人員在發射場的實驗室里，精心培育了8批煙草苗。為了使“新郎”和“新娘”更健康，能夠“生”出更優秀的兒女，直到發射前兩天，才從其中一批生長時間為6周的植物苗中提取細胞。提取的“新娘”細胞被去掉細胞壁，以便可以與“新郎”細胞在太空結合。它們結合后產生的新細胞既具有其父母的特征，又可以“青出于藍而勝于藍”。這種新細胞對人類很有用，尤其在生物制藥方面，可以生產出很多有用的新藥。這些新藥在地球上是無法生產的，它可以治療很多病，因此人們對這種新的太空細胞婚禮寄以很大的希望。

動物細胞的“婚禮”在“神舟”4號上，動物細胞的“新郎”是小鼠的B淋巴細胞，這是一種可以產生抗體的細胞，但它有一個致命的缺點，在人體或動物的體外不能進行繁殖，不能傳種接代。“新娘”是骨髓瘤細胞，它像人的母親一樣，在體外可以進行無限繁殖。因此，科學家利用它們的各自優勢，讓它們結合。這樣，產生的后代就具有既可以殺病毒，又可以在體外進行無限繁殖的新品種。

在太空中舉行動物婚禮要比植物婚禮復雜一些。首先“新郎”是從小鼠的脾臟中提取出來的。為了要使“新郎”具有作戰能力，必須先用病毒去“訓練”小鼠的淋巴細胞。因此在發射前幾個月，科研人員就開始訓練了。方法是每隔3周，將帶有乙肝病毒的疫苗注射到小鼠體內，使小鼠的淋巴細胞具有產生抗體的能力。一共注射3次。等到發射前，再從小白鼠尾靜脈中取血，把血中的“新郎”請出來，將它與“新娘”放到它們的“新房”中，到太空中再為它們舉行婚禮。雖然這次實驗只需要8只小白鼠，但為了完成這次實驗，發射場的實驗室內共養了40只小白鼠，另外還有32只在上海備用。

在太空舉行細胞婚禮的原因是因為太空中是一種失重環境，所有的細胞都沒有重量了，它們在融合液中就很容易結合在一起，這樣可以提高它們的生育能力和活力。國際上，在太空中進行這種實驗也很少，歐、美各國都把它作為未來空間站的應用問題加以研究。所以，我國這次在“神舟”4號上進行的細胞電融合實驗也是屬于國際上生物技術的前沿課題。

邀游太空的“模擬人”

“神舟”4號中雖然沒有真正的航天員，但也有兩個身著太空服的“男性”模擬人，“他們”身高1.70米左右，體重、外形與航天員十分相似，“他們”半仰地躺在返回艙的正中，在“他們”的身上捆綁很多傳感器，這些傳感器可以記錄下飛行過程中飛船座艙中溫度、濕度、氧氣、壓力變化等多種試驗數據。在模擬人的口袋里還裝了一個特制的儀器，它可以測量飛行中太空的輻射劑量，以了解太空輻射對今后航天員的影響。這兩個模擬人責任十分重大，“他們”好像飛機上的黑匣子，返回后能從“他們”的身上獲得更多的實驗數據，供科學家們參考。

“神舟”4號飛行時，地面的指揮控制中心可以接收到心電、呼吸、體溫、血壓四項重要的生理指標的信號，這四項生理指標是作為今后觀察航天員飛行中身體狀態的生理指標。“神舟”4號上的“模擬人”是“死人”，根本不可能發出這些生理信號。那么它們是從哪里來的呢?原來發射前科學家們將人的這些信號錄到磁帶中，然后裝到“神舟”4號的生理遙測系統中，“神舟”4號飛行時，將它們播放出來，發回到地面。“神舟”4號的任務之一是檢驗這套系統的可靠性。可以想象，如果這套系統不能正常運轉，信號發不回來，那么今后地面將無法知道航天員飛行中的身體狀態，那有多危險呀!

“神舟”6號上細胞搭載實驗

“神舟”6號上科學實驗的特點是有兩名航天員從返回艙進入軌道艙，可以在里面進行一些有人參與的科學實驗。神六上主要是兩個方面的實驗：一是開展一些功效學方面的實驗，例如進行了“在軌干擾力實驗”，獲得人在失重環境下的運動規律、(力)的表現特性等數據，為下一步設計空間站提供重要依據：二是進行了一些醫學方面的實驗，例如，觀察了航天員在整個飛行過程中生理指標(心電、血壓、體溫、呼吸)的變化，同時還進行了細胞、分子生物學方面的實驗。這些數據將為我國更長時間的飛行奠定基礎。

在“神舟”6號上搭載的細胞是心肌細胞和成骨細胞，其中心肌細胞還是世界首次在空間進行的實驗。實驗的目的是為了了解太空的失重環境對這兩種細胞的生長有何影響，揭示心肌細胞和成骨細胞在太空失重條件下的變化機理，以便探討失重心血管功能障礙和骨丟失的產生機理及防護措施。

此次實驗的研究對象——心肌細胞和貼壁伸展的成骨細胞被分為兩組(實驗組和地面對照組)，它們都被放置在精心設計的24個細胞培養盒中，除了失重環境外，兩組細胞培養環境(如壓力、溫度)完全相同。實驗組隨“神舟”6號航天員上天，航天員在入軌后，分三個時段操作細胞樣品盒，分別對細胞進行激活、固定，地面科研人員也在同樣的時間進行同樣的操作，待“神舟”6號載人飛船完成使命返回著陸后，科研人員將立即回收搭載的細胞樣本運回北京，在航天細胞分子生物學實驗室完成多項指標分析。科研人員將利用先進的手段和儀器設備，在細胞上挖掘各種信息，找尋醫學防護對抗的措施。

責任編輯：蒲暉