喻菲　王聰　榮啟涵　吳晶晶

人類能否在太空繁衍等謎團需要通過一系列嚴(yán)格的科學(xué)實驗來一步一步解開，哺乳動物早期胚胎能夠在太空實現(xiàn)發(fā)育只是解開人類太空繁衍眾多謎團的第一步。

人類未來能否離開地球，穿越漫漫星際，在宇宙中長期生存？

在沒了晝夜之分、四季之分、上下之分的太空中，地球之花還會按故鄉(xiāng)的時間綻放嗎？會有別樣的美嗎？會結(jié)出與地球上不同的種子嗎？

隨著人類探索太空的深入，未來人類能否在太空正常生活、繁衍后代？空間微重力和輻射等特殊環(huán)境會不會對生殖造成不良影響？

……

現(xiàn)在要回答這些問題也許還為時尚早，但中國科學(xué)家在太空中開展的19個新奇又有趣的實驗，能幫助積累和增進相關(guān)的知識。

4月6日凌晨，在位于中國西北戈壁灘的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，長征二號丁運載火箭將實踐十號衛(wèi)星送入太空。

這顆返回式衛(wèi)星攜帶了等待開花的水稻、擬南芥，體態(tài)輕盈的果蠅，上千只蠶卵（其中一部分將在太空中孵化），細小的線蟲，小鼠的胚胎……經(jīng)過太空旅行后，這些“乘客”將隨衛(wèi)星返回艙重返地球，著陸在內(nèi)蒙古四子王旗，幫助科學(xué)家揭示微重力環(huán)境和空間輻射對生命的影響。

開辟太空實驗場

實踐十號是中國第25顆返回式衛(wèi)星，也是首顆大規(guī)模實施空間微重力實驗的衛(wèi)星。

專家介紹，地球上的物理現(xiàn)象，都受到地球重力的制約，比如浮力、沉降、壓力梯度等。在微重力環(huán)境下，在地面上被重力掩蓋的因素就開始變得重要，因此，微重力環(huán)境能觀察到很多地球上不可能觀測到的獨特現(xiàn)象。

中國將于2020年前后建成空間站，屆時空間站上可以做很多微重力實驗。那么科學(xué)家為何還要在返回式衛(wèi)星上做實驗？

實踐十號首席科學(xué)家、中科院院士胡文瑞解釋，在空間站上做實驗的優(yōu)勢包括時間長、可以人為控制等，但殘余重力的干擾可能給實驗結(jié)果帶來影響。實踐十號衛(wèi)星是專門為科學(xué)而設(shè)計的衛(wèi)星，可為實驗提供比空間站更低的重力，對一些實驗更加有利。

同時，在返回式衛(wèi)星上做實驗機動性更好。一些實驗樣本希望裝到衛(wèi)星上的時間離發(fā)射越近越好，例如這次實驗中的干細胞、骨髓樣品、胚胎等是在發(fā)射前幾個小時才裝入衛(wèi)星。并且，在實驗結(jié)束后，樣品能隨返回艙盡快回收，取出分析。

實踐十號科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師康琦說，利用返回式衛(wèi)星開展空間科學(xué)實驗，實驗環(huán)境好、微重力水平高、風(fēng)險小、成本低，一次飛行可提供較多的實驗機會，特別有利于開展國際合作，是一個非常重要的空間實驗手段。

實踐十號衛(wèi)星總設(shè)計師趙會光說，返回式衛(wèi)星有著獨特的優(yōu)勢，不少生物實驗、生命科學(xué)實驗和科學(xué)搭載實驗，在軌實驗后都需要返回地面來直接分析資料。此外，樣本在太空停留時間不能太長，而要在未來空間站進行，返回一次時間較長，所以這種短期、需實物的實驗用返回式衛(wèi)星非常合適。

世界首次！中國實現(xiàn)哺乳動物胚胎在太空發(fā)育

經(jīng)過數(shù)天的太空旅行，實踐十號上傳來好消息：小鼠早期胚胎在太空中順利完成從2細胞到囊胚的全程發(fā)育。這是世界上第一次實現(xiàn)哺乳動物胚胎在太空發(fā)育。

“對哺乳動物早期胚胎在太空發(fā)育的研究迄今只有3次嘗試?！边@項實驗的負責(zé)人、中科院動物研究所研究員段恩奎說。

第一次是20年前。1996年，美國哥倫比亞航天飛機將49枚小鼠2細胞胚胎送上太空，結(jié)果無一發(fā)育。此后國外再無進行此類實驗。

第二次是10年前。2006年，段恩奎領(lǐng)導(dǎo)的團隊利用我國實踐八號育種衛(wèi)星留軌艙，開展了小鼠4細胞期胚胎太空發(fā)育實驗，首次獲取了太空中的小鼠胚胎圖片，但遺憾的是它們在太空未能完成發(fā)育。

第三次就是實踐十號任務(wù)?！斑@十年來我們沒有放棄，這一次終于成功了，在世界上第一次證明了哺乳動物早期胚胎在太空微重力條件下，完全可以發(fā)育到囊胚階段?！倍味骺f。

為了實現(xiàn)這一科學(xué)目標(biāo)，科學(xué)家們完成了“不可能完成”的任務(wù)：中科院上海技術(shù)物理所研究員張濤領(lǐng)導(dǎo)的胚胎培養(yǎng)載荷研究團隊將地面龐大復(fù)雜的胚胎實驗室濃縮成了一個微波爐大小的培養(yǎng)箱和一個電控箱，且使其具有密閉培養(yǎng)、自動搜索識別顯微成像、遙控固定、圖像下傳等功能。

10年來，科學(xué)家們深入分析，對太空胚胎培養(yǎng)方法和固定技術(shù)進行了多方面的研究和改進。

“比如，我們科學(xué)團隊與西北農(nóng)林科技大學(xué)馬保華教授合作研發(fā)了胚胎密閉培養(yǎng)體系，研制了適用于太空胚胎培養(yǎng)的特殊培養(yǎng)液，開發(fā)了進行大量早期胚胎冷凍、解凍的新技術(shù)，以前一次能冷凍1到10個胚胎，現(xiàn)在能一次冷凍50到100個左右?！倍味骺f。

此外，科學(xué)家們還研制出了適合太空遙操作的胚胎固定技術(shù)，反復(fù)研究篩選出了培養(yǎng)單元中胚胎培養(yǎng)液的最佳比例，探索出胚胎固定時最佳的固定液流速……

解開人類太空繁衍謎團第一步

在實踐十號上，安放小鼠胚胎的裝置在19個載荷中屬于最受關(guān)愛和特殊照顧的“寵兒”。

“它在發(fā)射前8小時最后一個裝上衛(wèi)星，以最大程度縮短在地面停留的時間；在轉(zhuǎn)運及裝載過程中要求不能斷電超過20分鐘，以保證它的狀態(tài)，事實上僅斷電了12分鐘。另外發(fā)射前4小時要進行一次自動搜索顯微成像?！倍味骺榻B。

進行發(fā)育實驗的小鼠胚胎被分為4個單元，每個單元內(nèi)有150個左右胚胎，衛(wèi)星入軌后每4小時照相一次，記錄它們的狀態(tài)，直到96小時為止?！霸?2小時左右，2細胞胚胎就發(fā)育到囊胚，和地面上時間基本一致?！倍味骺f。

據(jù)介紹，發(fā)育成囊胚的胚胎如果沒有及時在母體子宮著床，就會慢慢死去，所以這些小鼠胚胎無法回到地球繼續(xù)生長發(fā)育?！叭绻麑碛袡C會短時間就能回收這些胚胎，比如3天，也許就可以及時將它們植入母體，看能不能生下健康的小鼠，那將是更重大的突破。”段恩奎說。

除了用于發(fā)育實驗，還有一部分胚胎在裝星后72小時要在太空中被注入固定液，固定一定的階段后，隨返回艙回歸地球，用于完成此次實驗的另一個科學(xué)目標(biāo)——探討太空環(huán)境對胚胎發(fā)育影響的作用機制。

“希望這些小鼠胚胎能安全度過回歸地球的艱難旅程，我們將立刻把它們運回實驗室進行全方位分析研究，與地面對照實驗結(jié)果比對，分析胚胎形態(tài)變化，進行基因蛋白監(jiān)測，篩選出影響太空哺乳動物早期胚胎發(fā)育的相關(guān)基因。”段恩奎說。

“我們希望能為未來人類太空活動中生殖健康提供科學(xué)依據(jù)?！倍味骺f。

他同時指出，人類能否在太空繁衍等謎團需要通過一系列嚴(yán)格的科學(xué)實驗來一步一步解開，哺乳動物早期胚胎能夠在太空實現(xiàn)發(fā)育只是解開人類太空繁衍眾多謎團的第一步。