【科技．未来】NASA双胞胎实验　留下问题比答案多

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，身体所的变化，对于人类移居火星有何启示？

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。例如Scott的端粒（telomere）变长，科罗拉多大学肿瘤学家Susan Bailey说可能因为恒常运动或饮食转变，但也推测前往太空可能唤醒了Scott体内沉睡的干细胞。换言之，可能不是原有细胞的端粒变长，而是产生了新一批有更长端粒的细胞。

不管端粒变长或变短，Bailey都表示担心。她一方面对《国家地理杂志》说，除了痴呆、心血管疾病和部分癌症之外，“短的端粒也与生殖能力降低相关”。另一方面，她分别就端粒变长向《纽约时报》和《大西洋》（The Atlantic）杂志解释：“有人问我，太空是不是‘年轻之泉’？我认为不是。”“你可能会想，‘噢，这实在太好，他可以更长命’。但硬币的另一面是它同时会增加癌症风险，因为癌症其中一件最早会做的事，就是激活端粒酶（telomerase）以维持端粒长度，这样它们就可永久存在。”

触发免疫系统相关基因转变的原因同样未明。可能是在太空站的生活压力所致；近来有研究显示潜伏太空人体内的病毒可能苏醒；也可能是免疫系统本身不适合太空环境而运作混乱。威尔康奈尔医学院（Weill Cornell Medicine）遗传学家Christopher Mason解释，部分基因没有改正，也很难知道确切原因：“那是否代表回到地球后，免疫系统仍继续失控？未必。它可能只是经历重大压力后的正常反应，甚至可能是好事。”

没人知道，假若Scott在国际太空站多停留六个月，他的基因表达改变会开始缓和还是持续恶化。Mason说：“我们看到一团忙乱的基因网络活化以应对DNA损伤，身体也在适应，但这程度的反应未必足以克服辐射伤害。”辐射可杀死细胞或令它们失灵，又或断开DNA。已死或失灵细胞可导致心脏病或认知能力下降，若细胞无法修复DNA破损，突变累积，可引致癌症或遗传病。

Scott肠道的微生物社群结构大幅重组，同样未知是好是坏。研究者之一、西北大学神经生物学家Martha Vitaterna解释：“（肠道）细菌对身体其他系统有莫大影响。曾有研究发现，肠道微菌丛改变与神经和生理状况有关，例如阿兹海默症、柏金逊症、自闭症、精神分裂症等。保护肠道可保护所有这些系统。”

Scott认知能力变差，也不一定是太空旅程所致。宾夕法尼亚大学认知科学家Mathias Basner提醒，Scott回到地球后面对大量工作，包括频密的电视访问及公开演讲，且他可能在无意识间不再催谷自己：“他在着陆一刻基本已退休，所以可能没那么积极。”Scott在2017年面世的回忆录《Endurance》中，描绘了重返地球后如何与疼痛、睡眠不良等困境搏斗，例如某一晚他觉得好像“在流沙中搏斗”。Scott认为这些毛病正是他认知分数下降的原因：“试想像，你患上感冒，却去考SAT（学术评估测试），你可能也考得不好。”

这些疑问无可避免，毕竟这前所未有的实验限制甚多。最关键的是，NASA只考察了Scott一名太空人，不能就此断定所有太空人都有相同转变。Mason形容，“这好比史上首次量度某人的血压，我们不知有什么实际参考数字，直至开始量度更多人的血压。”

即使研究对长期逗留太空的风险有点提示，但与前往火星的情况仍相距甚远。毕竟国际太空站只离地球表面402公里，仍处范蔼伦辐射带（Van Allen radiation belt）的保护内。地球人每年大约承受3毫希沃特（mSv）辐射，一趟为期一周的太空穿梭任务约遭受5.59毫希沃特，Scott这次是146.34毫希沃特。Mason估算，去一趟火星所受的辐射或比Scott所受的多八倍。

科学理论和数字以外，更重要的或许是Scott的感受。回到地球约一个月后，Scott从NASA退役。有段时期，他步履不稳、关节疼痛、不习惯衣布受引力而贴向皮肤的触感。故有科学家质疑前往火星是否可行，Basner也说：“虽然只有一个对象，但这研究告诉我们，要派一组人花一年时间前往火星并能有良好表现，未必能做到。”哈佛医学院心理学家Gary Strangman解释，速度和准确度降低“有可能对长时期任务带来严重后果”。佛罗里达大学神经科学家Rachel Seidler补充：“若你在一段期间内认知处理速度减慢，身体平衡及眼、头协调困难，那些行动就有极大风险。”

Scripps Research Translational Institute总监Eric Topol甚至认为，Scott的经历或令人对移居太空梦想幻灭：“我从这论文得到的主要结论，就是怎么会有人想去火星或者上太空？因为这真的很可怕。”

NASA人类研究计划（Human Research Program）总监Bill Paloski理解这些批评：“我们会继续与飞行团队实验。但我对人体的适应力感到满意，研究中也没有哪个发现足以阻止我们前进。”所以，科学家的下一步，正如研究写道：“必须以更多太空人作长期任务（一年或以上）研究，以确认这些结果及回答遗下问题。一经确认，任何能降低这些风险的生物、生理或药理上的应对方法都应考虑发展和应用。太空人在地球磁场保护以外地方执行任务可能承受更多辐射风险。例如在低地球轨道飞行一年与飞行三年前往火星之间的差别，现在基本没有数据。所以，未来必须有不同逗留时间（超过一年）的研究，以确定那些风险会如何转变，并确立适当保护门槛。”

适合住在太空的“人”

Bailey计划继续研究Scott那些莫名其妙的端粒，解开其秘密，或许对人体正常老化及相关疾病有所启发：“当我们搞清楚他的端粒变化，对太空人和地球人将同样重要。”美国得州大学西南医疗中心细胞生物学家Jerry Shay正和同事测试一种药物，可促使细胞修复受辐射损害的DNA：“我认为所有问题都可以解决。”

Mason在这方面十分进取，他早于2010年已提议在太空飞行途中和前后监测太空人的基因组。他的团队正有七篇论文接受评审，包括关于体细胞突变和单细胞动态的文章。他还提出过“500年计划”太空殖民愿景，其中最激进的建议是要增加、删减或修改基因，以创造出适合住在太空的新人种：“双胞胎研究是在太空飞行中做过最全面的人体分子地图。这是500年计划重大的第一步，帮助太空人在前往火星的路上和到达后生存。”大象的p53基因和俗称“水熊”（water bear）的缓步动物（tardigrades）的Dsup基因，都是Mason的研究对象，因为大象很少死于癌症；水熊不但可在真空中生存，还可防止DNA遭受辐射时断开及促进DNA修复。

哈佛大学遗传学家及合成生物学权威George Church也是同道中人。他声称已辨认出逾40个有利于长途太空航程的基因，例如增强抗辐射力的CTNNB1、造出特强骨骼的LRP5、让藏族人适应低氧环境的EPAS1等。他想像，未来太空人使用“由病毒运送的基因治疗、微菌丛或表观基因治疗”改变自己：“如何抵抗辐射、骨质疏松、癌症和老化，在老鼠身上已有一定成果。”他还强调，很多药厂已经有针对地开发药物和临床测试，利用基因治疗作为太空人的预防医学并不遥远。

马斯克曾说：“火星任务就像薛克顿（Ernest Shackleton，十九世纪爱尔兰探险家）招募往南极探险员的广告所写：‘困难、危险、死亡风险很高、生还者将兴奋无比’。最初不会有太多人想去。” Kelly兄弟的研究，或许是踏上这艰危路途的重大一步。

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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》。

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