移居火星前，人類需要關(guān)注哪些健康風(fēng)險(xiǎn)？
人類在火星上行走示意圖，圖源pixabay.com
撰文｜吳海旭
責(zé)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(jìn)了充滿未知的太空。在過(guò)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(jì)劃30年后的火星移民計(jì)劃。
我們與太空的距離將越來(lái)越近。
馬斯克的火星移民計(jì)劃 | 圖源：SpaceX
隨之而來(lái)的，是對(duì)于太空生活的擔(dān)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(dǎo)致大腦和認(rèn)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(huì)對(duì)人體造成多嚴(yán)重的影響？其實(shí)，早在人類開(kāi)始踏入太空，相關(guān)的研究就在逐步開(kāi)展，目的是為未來(lái)人類是否可能定居太空，進(jìn)行細(xì)致的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究。
某自媒體文章中提及宇航員眼球變扁、認(rèn)知下降、加速曬老、DNA變異等變化均未在上述論文中提及，實(shí)際上，《科學(xué)進(jìn)展》中的論文只對(duì)宇航員做了大腦MRI檢測(cè)。
網(wǎng)傳的進(jìn)入太空后因?yàn)槭е貙?dǎo)致的身體變化，其實(shí)是為了說(shuō)明而嚴(yán)重夸大了的示意圖 | 圖源：NASA（原網(wǎng)址已刪除）
那么，在開(kāi)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(hù)下盡可能避免了真空、失壓、低溫的風(fēng)險(xiǎn)之外，第一個(gè)影響人體的因素就是重力。遠(yuǎn)離地球后重力幾乎消失，而我們的身體在漫長(zhǎng)演化中針對(duì)重力有很多的復(fù)雜設(shè)計(jì)也會(huì)在這時(shí)發(fā)揮反作用：
前庭系統(tǒng)的對(duì)空間的感知將會(huì)混亂，進(jìn)而導(dǎo)致進(jìn)入太空幾小時(shí)后出現(xiàn)的 “太空病”；同時(shí)心血管系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)因?yàn)橹亓Φ奈蓙y也會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題 [1]。
即使能在幾天內(nèi)適應(yīng)太空環(huán)境，進(jìn)化上我們稱為 “習(xí)服”，即僅是生理上的適應(yīng)，但長(zhǎng)久來(lái)看仍然會(huì)有嚴(yán)重的健康影響，因?yàn)槲覀儾⒉皇钦嬲倪m應(yīng)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(jìn)入太空，初次適應(yīng)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(gè)影響是輻射，在失去了地球大氣層的保護(hù)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(lái)自太陽(yáng)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(fù)雜的損傷，比如對(duì)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(cè)器得到的不同位置的輻射量統(tǒng)計(jì) | 數(shù)據(jù)來(lái)源：NASA
還有一個(gè)重要影響是晝夜變化。我們身體內(nèi)部會(huì)有一套感知日夜變化的生物鐘系統(tǒng)，如果進(jìn)入太空環(huán)境，光是在不同的地球軌道上，就會(huì)產(chǎn)生時(shí)間差：比如以28000km/h繞地運(yùn)轉(zhuǎn)的飛行器，就會(huì)和地球有90分鐘的日照差異，這就已經(jīng)會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生影響了 [1]。
正如我們前文提到的，進(jìn)入太空后，很多人可能適應(yīng)完前期的失重和晝夜變化之后，可以自我調(diào)整 “習(xí)服” 下來(lái)，卻不會(huì)真正適應(yīng)。
那長(zhǎng)時(shí)間生活在太空對(duì)人體的影響是什么？
近年來(lái)，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(xì)微結(jié)構(gòu)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(zhì)對(duì)小鼠進(jìn)行刺激，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的刺激發(fā)現(xiàn)小鼠的記憶力和認(rèn)知能力會(huì)下降，并且神經(jīng)元的復(fù)雜性也會(huì)降低 [3]。
通過(guò)兩個(gè)小鼠的行為學(xué)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)認(rèn)知記憶和空間記憶的降低 | 圖源：Parihar V K, et al. 2015.
隨著進(jìn)入太空的宇航員人數(shù)逐漸增加，研究者也開(kāi)始關(guān)注他們 “上天入地” 后的大腦結(jié)構(gòu)變化。
2016年發(fā)表在《NPJ微重力》的研究，通過(guò)大腦結(jié)構(gòu)核磁成像技術(shù)（MRI）檢測(cè)，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(zhì)減少，而運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)域灰質(zhì)增加 [4]。這說(shuō)明太空環(huán)境可能會(huì)對(duì)大腦神經(jīng)可塑性造成影響。
圖中藍(lán)色區(qū)域顯示了腦灰質(zhì)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(huì)輕微向上偏移，同時(shí)腦脊液空間大小減小，并且往往是在長(zhǎng)時(shí)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(xué)進(jìn)展》雜志的研究針對(duì)平均171天飛行的宇航員檢測(cè)，也得到了類似的結(jié)果，并且在飛行后七個(gè)月的隨訪發(fā)現(xiàn)，大腦的大部分改變都恢復(fù)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(zhǎng)，骨密度或多或少都會(huì)有所降低，但是積極的鍛煉和康復(fù)訓(xùn)練能減少這個(gè)問(wèn)題 [7]；同時(shí)失重的環(huán)境還會(huì)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(dòng)脈壓都會(huì)有不小的改變 [8]；輻射的環(huán)境下也可能導(dǎo)致動(dòng)脈血管僵硬，血管壁增厚，提高動(dòng)脈粥樣硬化的風(fēng)險(xiǎn) [8]。
長(zhǎng)期飛行的宇航員飛行后各個(gè)區(qū)域骨密度的變化，還可以發(fā)現(xiàn)積極的訓(xùn)練有助于維持骨骼健康 | 圖源：Orwoll E S, et al. 2013.
除了身體各個(gè)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(guò)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(lái)的變化就恢復(fù)了。
總體來(lái)看，在宇宙環(huán)境中失重、輻射會(huì)給我們的身體帶來(lái)諸多難以預(yù)料的影響，但是這些研究都有一個(gè)局限性，因?yàn)椴煌酥g都會(huì)有遺傳差異，而進(jìn)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(xué)》雜志的一項(xiàng)研究就解決了這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家們利用同卵雙胞胎進(jìn)行研究 [10]。
整個(gè)研究的思路 | 圖源：Garrett-Bakelman F E, et al. 2019.
一對(duì)雙胞胎，其中一人生活在地球上，而另一個(gè)人成為宇航員在太空中飛行了一年多。研究者抓住了這個(gè)機(jī)會(huì)，密切監(jiān)測(cè)了兩個(gè)人的多種組學(xué)數(shù)據(jù)，仔細(xì)分析了太空環(huán)境對(duì)人體的影響。
更全面的研究發(fā)現(xiàn)了以往忽視的很多問(wèn)題，比如因?yàn)槭е刈屔眢w負(fù)荷增加，膠原蛋白調(diào)節(jié)可能會(huì)導(dǎo)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(jié)石的風(fēng)險(xiǎn)；更嚴(yán)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(guān)，未來(lái)罹患糖尿病、癌癥的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加。
此外也存在諸多潛在的身體健康風(fēng)險(xiǎn)，比如眼部疾病、基因表達(dá)有較大起伏、基因組出現(xiàn)突變的可能也會(huì)增加、認(rèn)知功能也有所下降。
即使是如此多的風(fēng)險(xiǎn)，研究者的這些研究觀測(cè)也絕不是為了危言聳聽(tīng)。相反，心懷探索未知的人們目標(biāo)是為了更好地解決這些問(wèn)題：當(dāng)我們意識(shí)到了這些太空可能帶來(lái)的危險(xiǎn)因素，怎么解決就是未來(lái)我們需要考慮的問(wèn)題了。
比如如何利用輻射防護(hù)和藥物治療減少輻射對(duì)身體的損傷，亦或者是將飛行器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生 “人造重力” 來(lái)避免失重帶來(lái)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?yàn)橄嚓P(guān)健康影響還較小，成本也較高，所以仍只是一個(gè)概念 | 圖源：NASA
同時(shí)讓我們回到開(kāi)頭提到的一些人們的質(zhì)疑。一方面，沒(méi)有研究將基因上的改變與大腦、心血管差異關(guān)聯(lián)起來(lái)，大腦和心血管結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)皮層灰質(zhì)不減反增，其實(shí)是反映了大腦在失重環(huán)境下的一種適應(yīng)；
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(yán)格監(jiān)控和積極訓(xùn)練下是能有所恢復(fù)的，而大腦的大部分結(jié)構(gòu)變化在飛行后一段時(shí)間也可以恢復(fù)。
但是對(duì)于太空生活的評(píng)估仍然任重而道遠(yuǎn)：很多生理上的影響，比如心血管疾病、認(rèn)知功能下降是會(huì)持續(xù)存在的；此外我們現(xiàn)在能獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)仍然不多，也難以對(duì)身體情況進(jìn)行更為詳細(xì)、全面的評(píng)估，而若干年后的生理變化，比如基因組不穩(wěn)定、基因表達(dá)改變等等的影響也仍然是未知。
未來(lái)我們的火星移民計(jì)劃能否實(shí)施，可能還需要更多地監(jiān)測(cè)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(huì)不會(huì)有更大的健康風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)。但我們也不應(yīng)該盲目恐慌，大膽向前，謹(jǐn)慎求證，正是我們面對(duì)未來(lái)太空旅行的態(tài)度。
制版編輯 | 盧卡斯
