與水熊虫“合體” 人類就能抵御太空輻射?

劉霞

2019年12月12日08:57  來源:科技日報
 

科學家通過基因分析,發現了水熊虫抵抗輻射損傷的獨門“武器”——損傷抑制蛋白Dsup。他們還發現,這種蛋白放到其他動物細胞裡也能同樣起到保護作用。

太空旅行、火星定居等,是我們“星辰大海”美好願景中的一部分,但人類畢竟是肉眼凡胎,如何抵抗太空旅行或在其他星球上生活可能受到的傷害呢?最近,有科學家提出,或許可以將水熊虫的DNA與人類細胞相結合,利用其強大的生存能力,使宇航員更能抵抗太空飛行的有害影響。

水熊虫究竟是“何方神聖”?其DNA真的能與人類細胞結合嗎?對此,中國航天科工集團二院研究員楊宇光對科技日報記者表示:“將水熊虫DNA與人類細胞相結合並不靠譜,而且還涉及倫理問題。目前,金屬殼體和強磁場屏蔽技術是宇航員抵御長期太空輻射的主流技術。”

水熊虫生命力強有“獨家武器”

是誰能在零下20攝氏度沉睡30年后成功蘇醒﹔在150攝氏度高溫下鎮定自若﹔耐得了太空的真空環境、扛得住射線侵襲﹔在6倍於深海壓力的環境下也能存活?

答案是:水熊虫!

科學家已知,水熊虫是地球上生命力最強的物種,這種動物隻有約1毫米大小,用顯微鏡才能看清它的樣貌。美國康奈爾大學遺傳學家克裡斯·梅森對美國趣味科學網站指出,水熊虫是目前已知唯一能在太空環境中存活的動物。

那麼,水熊虫耐受各種極端環境的“秘密武器”是什麼呢?

科學家通過研究發現,相比其他動物,水熊虫具有更多超氧化物歧化酶基因,以及更多拷貝的MRE11基因,這些基因可以幫助減輕氧化損傷、修復DNA,從而起到保護作用。此外,水熊虫體內還缺少一些與環境應激有關的基因,這可能也有助於它們適應惡劣環境。

另據英國《自然》雜志網站2016年9月20日報道,日本科學家通過基因分析,發現了水熊虫抵抗輻射損傷的一個獨門“武器”——損傷抑制蛋白Dsup,它可以顯著減少水熊虫DNA在遭受X射線照射時的損傷。

研究人員還發現,這種蛋白放到其他動物細胞裡也同樣能起到保護作用。他們讓實驗室裡培養的人源細胞也表達了這種蛋白,結果與沒有這種“護盾”的普通細胞相比,表達了Dsup蛋白的細胞在接受X射線輻射后,仍保持了一定的細胞活性和增殖能力,其DNA損傷也比對照組減輕了40%。

“人虫結合”不靠譜且涉倫理問題

梅森團隊打算在上述研究結論的基礎上進一步研究,他表示,未來可將水熊虫的DNA和人類細胞結合,幫助宇航員長時間抵御太空輻射的侵襲。

趣味科學網在報道中指出,研究顯示,宇航員太空旅行面臨的主要健康問題之一是輻射暴露。如果科學家能找到一種幫助人體細胞抵御輻射影響的方法,那宇航員就能在太空中更健康地生活更長時間。而且,在理論上,這種技術也可以用來減少癌症治療過程中輻射對健康細胞的影響。

盡管梅森對將水熊虫DNA與人類細胞結合信心滿滿,但楊宇光對記者一針見血地指出:“這事不靠譜,而且涉及倫理問題。”

楊宇光解釋說:“水熊虫之所以能夠耐受如此惡劣的環境,除了上面所述的基因原因,很大程度上是因為其體型小。”生物物理學告訴我們,如此微小的水熊虫和另一個大的物體比如人,在真空下的受力狀態,包括能夠承受的力、內外壓力之間的關系等,都是不一樣的。就像跳蚤體長0.5—3毫米,卻能跳出350毫米的高度,相當於身體長度的100多倍,如果人類具備跳蚤的跳躍能力,就能跳到340米左右的高度嗎?這顯然是不可能做到的。“同理,如果將水熊虫等比例放大到人的大小,它一樣無法抵抗真空環境。”楊宇光說。

此外,梅森表示,如果基因工程能使人類更安全地居住在火星上,而不影響他們在地球上的生活,那這樣的基因工程可能就是合乎倫理的。但楊宇光指出:“如果將水熊虫的DNA與人類細胞相結合,那麼,擁有外源性DNA的人還算人嗎?這也是一個值得深思的問題。”

金屬和強磁場是“盾牌”

如果將水熊虫DNA與人類細胞結合的方法不靠譜,那麼,有什麼辦法可以幫助人類長時間抵御太空輻射的侵襲呢?

楊宇光介紹說,目前科學家正在嘗試多種方法,但比較靠譜的是金屬屏蔽技術以及強磁場屏蔽技術。

“所謂金屬屏蔽,就是使用比較厚的金屬來制造宇宙飛船的殼體,屏蔽太空輻射,這種方法的缺陷是航天器的‘塊頭’越大,需要的金屬就越多,導致航天器‘體重’增加,發射成本上升。因此,這一方法適合比較小型的航天器。”

為了減小航天器的尺寸,科學家提出了讓宇航員“冬眠”的想法。據介紹,目前,美國國家航空航天局(NASA)、歐洲航天局(ESA)都在研究控制宇航員“冬眠”的載人深空探測技術。ESA提出了一個從地球一路睡到火星的載人探測概念,該機構認為“可控的‘冬眠’是載人太空飛行中一種改變游戲規則的技術”,並成立了專門從事相關研究的小組,希望使其“夢想照進現實”。

楊宇光說:“‘冬眠’的宇航員不需要太大活動空間,航天器的體積和質量可大幅減小,輻射防護技術難度和成本因此得以顯著降低。”但這一技術目前還只是個美麗的願景,並未成為現實。怎樣保証“冬眠”技術的安全性——既要絕對保証宇航員准時醒來﹔又要防止“冬眠”對宇航員身體造成嚴重損傷,都有很多技術難題需要解決。

至於磁場屏蔽,據國外媒體報道,歐洲科學家目前正計劃利用磁場包圍宇宙飛船,就像環繞地球的磁層,保護宇航員免受太空輻射。這一項目名為“太空輻射超導屏蔽”(SR2S),它能利用超導磁體產生比地球磁層強3000倍的磁場,產生的磁場可改變帶電粒子的路徑,SR2S將圍繞飛船創建一個30英尺(10米)的宇宙射線偏轉力場。

但楊宇光同時指出,磁場屏蔽方法也是一把雙刃劍,因為強磁場本身會給人體帶來傷害。“如何讓強磁場在更好地抵御輻射的同時不傷害人體,也是個巨大的挑戰。”

從哥倫布發現新大陸,到人類登上月球,再到出征火星,以及更遙遠的未來,人類探索宇宙的道路從來都非坦途,但這並不能阻止人類邁向外太空的腳步,“路漫漫其修遠兮,吾將上下而求索”。隨著新技術的到來,人類對於新世界的探索之旅也必將更加暢達。(記者 劉霞)

(責編:趙春曉、呂騫)

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