移居火星前，人類需要關注哪些健康風險？
人類在火星上行走示意圖，圖源pixabay.com
撰文｜吳海旭
責編｜陳曉雪
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1961年4月12日，蘇聯(lián)第一次載人航天嘗試成功，人類也第一次踏進了充滿未知的太空。在過去的60年間，我們成功踏上了月球，也嘗試在太空生活了400多天，更是在太空中建成了各種空間站。今天，馬斯克甚至已經(jīng)在計劃30年后的火星移民計劃。
我們與太空的距離將越來越近。
馬斯克的火星移民計劃 | 圖源：SpaceX
隨之而來的，是對于太空生活的擔憂和疑慮。最近，就有某自媒體提出滯留太空后，宇航員身體發(fā)生了巨大的不可逆改變，基因發(fā)生了變異，導致大腦和認知能力發(fā)生永久性改變，甚至 “性情大變”。
究竟太空環(huán)境會對人體造成多嚴重的影響？其實，早在人類開始踏入太空，相關的研究就在逐步開展，目的是為未來人類是否可能定居太空，進行細致的風險評估研究。
某自媒體文章中提及宇航員眼球變扁、認知下降、加速曬老、DNA變異等變化均未在上述論文中提及，實際上，《科學進展》中的論文只對宇航員做了大腦MRI檢測。
網(wǎng)傳的進入太空后因為失重導致的身體變化，其實是為了說明而嚴重夸大了的示意圖 | 圖源：NASA（原網(wǎng)址已刪除）
那么，在開始探討人體發(fā)生的改變前，我們有必要先了解這些改變的原因：太空環(huán)境和地球環(huán)境有什么不同？
在宇航服保護下盡可能避免了真空、失壓、低溫的風險之外，第一個影響人體的因素就是重力。遠離地球后重力幾乎消失，而我們的身體在漫長演化中針對重力有很多的復雜設計也會在這時發(fā)揮反作用：
前庭系統(tǒng)的對空間的感知將會混亂，進而導致進入太空幾小時后出現(xiàn)的 “太空病”；同時心血管系統(tǒng)、運動系統(tǒng)因為重力的紊亂也會出現(xiàn)問題 [1]。
即使能在幾天內(nèi)適應太空環(huán)境，進化上我們稱為 “習服”，即僅是生理上的適應，但長久來看仍然會有嚴重的健康影響，因為我們并不是真正的適應太空。
不同情況下身體體液分布的變化，從A到D依次為：飛行前，剛進入太空，初次適應太空環(huán)境和回到地球后，可以注意大腦中體液的減少 | 圖源：Clément, 2005.
另一個影響是輻射，在失去了地球大氣層的保護后，我們將直接和太空中的各種輻射接觸，尤其是具有高能粒子來自太陽系外的銀河宇宙射線（Galactic Cosmic Rays, GCR），其能量很高，因此可以輕易穿透飛船船體以及人體組織，在體內(nèi)就可能造成復雜的損傷，比如對DNA造成突變影響，或者是影響大腦、心血管等身體組織器官 [2]。
NASA火星探測器得到的不同位置的輻射量統(tǒng)計 | 數(shù)據(jù)來源：NASA
還有一個重要影響是晝夜變化。我們身體內(nèi)部會有一套感知日夜變化的生物鐘系統(tǒng)，如果進入太空環(huán)境，光是在不同的地球軌道上，就會產(chǎn)生時間差：比如以28000km/h繞地運轉的飛行器，就會和地球有90分鐘的日照差異，這就已經(jīng)會對人體產(chǎn)生影響了 [1]。
正如我們前文提到的，進入太空后，很多人可能適應完前期的失重和晝夜變化之后，可以自我調整 “習服” 下來，卻不會真正適應。
那長時間生活在太空對人體的影響是什么？
近年來，很多研究著眼在人體最重要的器官大腦上面，發(fā)現(xiàn)大腦細微結構上有不小的變化。最早研究者是使用銀河宇宙射線輻射中含有的物質對小鼠進行刺激，通過長時間的刺激發(fā)現(xiàn)小鼠的記憶力和認知能力會下降，并且神經(jīng)元的復雜性也會降低 [3]。
通過兩個小鼠的行為學實驗可以發(fā)現(xiàn)認知記憶和空間記憶的降低 | 圖源：Parihar V K, et al. 2015.
隨著進入太空的宇航員人數(shù)逐漸增加，研究者也開始關注他們 “上天入地” 后的大腦結構變化。
2016年發(fā)表在《NPJ微重力》的研究，通過大腦結構核磁成像技術（MRI）檢測，發(fā)現(xiàn)27名在太空工作后的宇航員普遍出現(xiàn)了大腦顳葉和額葉部分區(qū)域的大腦皮層，以及小腦皮層的灰質減少，而運動皮層區(qū)域灰質增加 [4]。這說明太空環(huán)境可能會對大腦神經(jīng)可塑性造成影響。
圖中藍色區(qū)域顯示了腦灰質部分減少的區(qū)域 | 圖源：Koppelmans V, et al. 2016.
而后2017年發(fā)表在《新英格蘭》雜志的MRI研究，發(fā)現(xiàn)34名宇航員大腦位置會輕微向上偏移，同時腦脊液空間大小減小，并且往往是在長時間飛行的宇航員中更顯著（平均164.8±18.9天）[5]。
2020年發(fā)表在《科學進展》雜志的研究針對平均171天飛行的宇航員檢測，也得到了類似的結果，并且在飛行后七個月的隨訪發(fā)現(xiàn)，大腦的大部分改變都恢復到了飛行前的水平（即某自媒體前文圖片中引用的文章）[6]。
除此之外，研究者還將目光聚焦到身體的其他部位：比如在失重影響下骨骼的正常發(fā)育生長，骨密度或多或少都會有所降低，但是積極的鍛煉和康復訓練能減少這個問題 [7]；同時失重的環(huán)境還會使得心血管系統(tǒng)處于持續(xù)失衡的狀態(tài)，頭部供血和動脈壓都會有不小的改變 [8]；輻射的環(huán)境下也可能導致動脈血管僵硬，血管壁增厚，提高動脈粥樣硬化的風險 [8]。
長期飛行的宇航員飛行后各個區(qū)域骨密度的變化，還可以發(fā)現(xiàn)積極的訓練有助于維持骨骼健康 | 圖源：Orwoll E S, et al. 2013.
除了身體各個組織，還有研究探究了宇航員飛行兩周后腸道菌群的變化 [9]。通過宏基因組研究者發(fā)現(xiàn)腸道菌群在飛行前后有顯著的比例改變，但是在宇航員休養(yǎng)4周之后，太空環(huán)境給腸道菌群帶來的變化就恢復了。
總體來看，在宇宙環(huán)境中失重、輻射會給我們的身體帶來諸多難以預料的影響，但是這些研究都有一個局限性，因為不同人之間都會有遺傳差異，而進入太空的宇航員數(shù)量太少使得這些差異難以消除。2019年發(fā)表在《科學》雜志的一項研究就解決了這個問題，科學家們利用同卵雙胞胎進行研究 [10]。
整個研究的思路 | 圖源：Garrett-Bakelman F E, et al. 2019.
一對雙胞胎，其中一人生活在地球上，而另一個人成為宇航員在太空中飛行了一年多。研究者抓住了這個機會，密切監(jiān)測了兩個人的多種組學數(shù)據(jù)，仔細分析了太空環(huán)境對人體的影響。
更全面的研究發(fā)現(xiàn)了以往忽視的很多問題，比如因為失重讓身體負荷增加，膠原蛋白調節(jié)可能會導致血管壁增厚；血管內(nèi)血液成分也發(fā)生了一定的改變，可能增加宇航員腎結石的風險；更嚴重的是，控制染色體分裂的端粒持續(xù)丟失，而這不僅和衰老相關，未來罹患糖尿病、癌癥的風險也會增加。
此外也存在諸多潛在的身體健康風險，比如眼部疾病、基因表達有較大起伏、基因組出現(xiàn)突變的可能也會增加、認知功能也有所下降。
即使是如此多的風險，研究者的這些研究觀測也絕不是為了危言聳聽。相反，心懷探索未知的人們目標是為了更好地解決這些問題：當我們意識到了這些太空可能帶來的危險因素，怎么解決就是未來我們需要考慮的問題了。
比如如何利用輻射防護和藥物治療減少輻射對身體的損傷，亦或者是將飛行器旋轉產(chǎn)生 “人造重力” 來避免失重帶來的影響，還有利用生命支持系統(tǒng)為航天器中的人們提供必要的生存的環(huán)境……
人造重力因為相關健康影響還較小，成本也較高，所以仍只是一個概念 | 圖源：NASA
同時讓我們回到開頭提到的一些人們的質疑。一方面，沒有研究將基因上的改變與大腦、心血管差異關聯(lián)起來，大腦和心血管結構發(fā)生的變化，往往是由于失重或者輻射直接影響造成的，相反大腦運動皮層灰質不減反增，其實是反映了大腦在失重環(huán)境下的一種適應；
另一方面，這些變化并非完全永久性，比如骨密度的下降在嚴格監(jiān)控和積極訓練下是能有所恢復的，而大腦的大部分結構變化在飛行后一段時間也可以恢復。
但是對于太空生活的評估仍然任重而道遠：很多生理上的影響，比如心血管疾病、認知功能下降是會持續(xù)存在的；此外我們現(xiàn)在能獲取的實驗數(shù)據(jù)仍然不多，也難以對身體情況進行更為詳細、全面的評估，而若干年后的生理變化，比如基因組不穩(wěn)定、基因表達改變等等的影響也仍然是未知。
未來我們的火星移民計劃能否實施，可能還需要更多地監(jiān)測身體狀況的變化。至少我們現(xiàn)在還不知道數(shù)年居住在太空中會不會有更大的健康風險出現(xiàn)。但我們也不應該盲目恐慌，大膽向前，謹慎求證，正是我們面對未來太空旅行的態(tài)度。
制版編輯 | 盧卡斯
