【科技．未来】NASA双胞胎实验出炉　停留太空一年人体变化是…

1961年4月12日，苏联太空人加加林（Yuri Gagarin）成为首个到达太空的人类，但科学家至今对在太空生活的影响仍所知不多。五十八年后的同一天，美国太空总署（NASA）的“双胞胎研究”（NASA's Twins Study）刊于《科学》（Science）期刊，尝试回应这些疑问。在国际太空站（ISS）生活近一年后的太空人Scott Kelly与身处地球的孖生大哥Mark Kelly相比，身体起了甚么变化？

Scott和Mark是NASA史上唯一一对双胞胎太空人。2011年，Mark从NASA退役，现正竞逐亚利桑那州参议员。Scott则从2015年3月底开始在国际太空站生活，至翌年3月初返回地球。在国际太空站上围绕地球转了340天期间，55岁的Scott从手臂抽血、保存尿液、打机测试记忆和反应速度、量度眼球形状……收集身体数据。而在386公里下的地球，Mark进行着相同的测试。

双胞胎实验由10个组别、来自全球不同大学共82位科学家设计，实验的理念很简单，因为双胞胎的基因极相似，任何出现在Scott身上、而在Mark身上没有的转变，都极可能是长期太空旅程所致。实验成果在本月中正式发表，NASA希望借此回答太空旅行的种种未知问题。Scripps Research Translational Institute总监Eric Topol赞扬：“这是至今对人类（在太空的变化）最深入全面的评估，我不知道有哪项研究可与之相比。”

在Scott那次历时近一年的太空任务途中和前后，他与Mark进行了相同的认知和生理测试，科学家取了他们的粪便、尿液、血液等共317个样本，分析它们在表观遗传、代谢物组、转录组、蛋白质组、微菌丛（microbiome）等方面有何转变。NASA过往从未如此全面分析一个太空人，这一切都是首次进行。

在太空中实验并不容易。“有些日子，可能一星期一次，我几乎整天都在收集样本。早上一醒来就抽血，经离心机处理后再雪藏。然后收集第一坨小便，接着整天继续收集小便。这实在很麻烦，你要尿到袋里，然后从那装满尿液的袋中拿走试管，再贴上条码，扫描，放到雪柜。雪柜也有点复杂，每次不能打开太久，摄氏负80度可能会把人冻伤。同一天还要收集皮肤和粪便样本。” Scott回忆道。

收集到样本后，研究工作才刚开始。Scott的样本要以联合号太空船（Soyuz）运回地球，血液会被分离成血浆和不同细胞，包括那些负责免疫功能的细胞。所有样本都要化验，数据由10个小组分享和分析。难怪整个计划用了超过四年才完成。

历来已有逾500人上过太空。那些执行任务不足一至六个月的太空人，在太空时身体都会出现一些共同毛病，例如因重力减少，体内会有更多液体流向头部和身体其他器官，因而引发多种不适：太空人一般会头痛和作呕；容易脸部泛红，耳朵或感到阻塞或压力；也容易患上原因不明的“太空飞行相关神经眼部症候群”（Spaceflight Associated Neuro-Ocular Syndrome）。在国际太空站有40%太空人眼部都出现一定程度的损伤，包括视神经盘水肿、眼球扁平化、脉络膜皱褶等。

此外，除非在太空剧烈运动，否则肌肉和骨质也会流失；人工光线及24小时内出现16次的日出日落，会打乱太空人的生理时钟，导致失眠。

不止火花　而是烟花

Scott在太空长达一年，身体有甚么重大变化？首先是“基因表达”（gene expression），即DNA控制细胞产生各种成分（例如蛋白质）的方式。Scott某些基因在太空中会“关掉”再“开启”，特别是与循环和免疫系统相关的部分。领导基因小组的威尔康奈尔医学院（Weill Cornell Medicine）遗传学家Christopher Mason说，在太空任务前半程，Scott有近1,500个基因改变了表达，后半程改变的数量更是前半程的六倍。这或许表示人体在太空的每个阶段都会改变，而非只在到达之时。

整个太空旅程，Scott共有逾10,000个基因表达改变了，Mason形容这改变“不止是火花，而像天空上的烟花”：“人类基因组约有58,000个已知基因，所以，我们看到他的身体有不少反应。”但返回地球六个月后，91.3％已改变的基因表达都回复了正常。

科罗拉多大学肿瘤学家Susan Bailey负责研究Scott的“端粒”（telomere），那是位于染色体末端的保护帽，会随年龄增长和细胞分裂而变短。辐射或污染可令端粒加速变短，进而加速老化。但出奇地， Scott的平均端粒长度在太空中反而变长了14.5%。

Scott的肠道微菌丛也有变化。人体逾九成肠道细菌不是属于厚壁菌门（Firmicutes），就是拟杆菌门（Bacteroidetes）。在太空中，Scott体内的微菌丛比例改变，厚壁菌门增加而拟杆菌门减少。

虽然在返回地球一周内，Scott的端粒大幅变短，六个月后平均长度回复正常，微菌丛比例亦然，但他身体出现了永久性变化，例如短端粒数量异常地增多。端粒变短和缺失，或表示患癌及老化相关疾病风险增加。Scott某一类基因表达也没有改变过来，而这811个来自不同细胞的基因几乎都与免疫功能和DNA修复有关。这对未来太空旅程或许是坏消息，因为正是这些基因在保护太空人免受辐射。

Scott回到地球后测验了认知能力，成绩也不及离开地球前。宾夕法尼亚大学认知科学家Mathias Basner说，那些测试专为太空人而设，测量记忆、专注力、动作辨识、风险承担等能力：“他几乎在各种测试中都变慢了，准确度也差了。”六个月后这情况仍然持续，“没有再变差，但也并无好转。”

研究也发现，升空前Scott和Mark都有某种DNA损伤，但Scott的损伤在到达太空后开始扩大，重返地球数月后仍然持续。Scott在国际太空站期间受到约146毫希沃特（mSv）太空辐射，相当于接受10至15次腹部电脑断层扫描（CT）。Bailey的团队认为Scott的DNA损伤与辐射有关：“这可增加他的基因不稳定性风险，这正是其中一种与癌症相关的因素。”

NASA心血管及视力实验室首席研究科学家Stuart Lee还为Kelly兄弟测量颈动脉壁厚度：“Scott的颈动脉壁在旅程早期变厚了，在剩下的旅程中都维持这种情况。”这或许是心血管或脑血管疾病的先兆。

重返月球　放眼火星

在太空竞赛重临的新形势下，这些发现更重要。多国政商翘楚意图重返月球，并以此作为前往火星的踏脚石。可以预期，更多更长期的太空任务将接踵而至。NASA署长布列登斯廷（Jim Bridenstine）今年2月初在《Ozy》杂志撰文：“有些人说重返月球只是在重复五十年前做过的事，这不是我们的愿景。我们会带同创新的科技和系统到月球，尽可能探索它表面更多位置。这一次去月球，我们将会长驻。”

俄罗斯亦有类似计划。2月初，俄罗斯卫星通讯社（Sputnik）引述俄罗斯中央机械制造研究所（TsNIIMash）文件指，该国预计2031年完成首次载人登陆月球计划。中国也展现了一定野心和实力，今年1月，其月球探测器“嫦娥四号”登陆月球背面，是人类史上首次。

或有感新旧对手夹击，美国副总统彭斯（Mike Pence）在3月底国家太空委员会会议上宣布，美国将致力于2024年载人重返月球，比NASA原定目标提早四年。彭斯指NASA会“用尽一切所需手段”达成目标，包括考虑转用商业火箭。布列登斯廷在本月初的国会听证上进一步澄清，NASA目标是2033年载人到火星：“我们需学习如何在另一个世界生活和工作，月球是我们证明所需能力和科技的最好地方。愈快达成这个目标，可愈快登陆火星。”

SpaceX是NASA的商业合作伙伴之一，其创办人马斯克（Elon Musk）曾说，人类的未来只有两条路：一是永远留在地球，等待着大规模物种灭绝的历史重演；另一是把文明扩展至太空，成为“多行星物种”（multi-planetary species）。SpaceX计划先在2022年以其Starship火箭（前称BFR）运载两艘载货太空船往火星，2024年再载人登陆。

然而，对于人类可否长期在太空健康生活，是次研究似乎留下众多问号。

相关文章：NASA双胞胎实验　遗下问题比答案多

上文节录自第160期《香港01》周报（2019年4月29日）《NASA双胞胎实验出炉　停留太空一年　人体如此变化》。

【科技．未来】更多相关文章：

抗宇宙辐射　自制氨基酸　要咩基因先可以住火星？改造基因适应太空　你有无资格生存？

新太空时代：从政治角力到商业竞赛特朗普命NASA转型　太空商业化未得美国人心

各界重返月球　是竞赛还是合作？降低升空成本　贝索斯要太空探索遍地开花

更多周报文章︰【01周报专页】《香港01》周报，各大书报摊、OK便利店及Vango便利店有售。你亦可按此订阅周报，阅读更多深度报道。

【第一届武博】武术唔关你事？手感、眼界、反应、身体协调、双手控制能力，一定关你事！武博“武馆街”内的8个武术游戏，让你逐一挑战，亲身体验武术的乐趣，记得约定好友一同前来踢馆！5月3至5日，眼界．决定境界，九展见！按此立即购票，或按此浏览武博专页。