王曉冰

順利完成12天太空飛行后，2016年4月18日下午，中國(guó)首顆微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星實(shí)踐十號(hào)回收艙于16時(shí)30分準(zhǔn)確降落在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定著陸區(qū)域?；厥张摂y帶有小鼠胚胎等“乘客”，著陸狀態(tài)正常、外觀良好，衛(wèi)星搜索回收任務(wù)順利完成。

實(shí)踐十號(hào)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的重要研究項(xiàng)目之一是，把6000余枚小鼠早期胚胎帶上了太空，研究表明，小鼠早期胚胎在太空中順利完成從2個(gè)細(xì)胞到囊胚的全程發(fā)育。這是世界上第一次實(shí)現(xiàn)哺乳動(dòng)物胚胎在太空發(fā)育。

太空胚胎發(fā)育有進(jìn)展

這個(gè)研究是中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員段恩奎等人主持進(jìn)行的，研究的目的是探索未來(lái)在太空環(huán)境中，人類能否正常生活、繁衍后代？空間微重力和輻射等特殊環(huán)境會(huì)不會(huì)對(duì)生殖造成不良影響？無(wú)論是前瞻性還是現(xiàn)實(shí)性，實(shí)際上這是通過(guò)動(dòng)物胚胎發(fā)育探索人類在太空能否安全生育。

當(dāng)然，這只是動(dòng)物研究，真正要應(yīng)用到人類，可能還有很長(zhǎng)的路要走，但這并不妨礙把動(dòng)物試驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)用到人類的生育上。

太空是一個(gè)迥然不同于地球的環(huán)境，表現(xiàn)為微重力、強(qiáng)輻射（包括伽馬射線、高能質(zhì)子等）和高真空，這樣的環(huán)境顯然對(duì)生育是不利的，因?yàn)?，這樣的環(huán)境會(huì)導(dǎo)致生物基因產(chǎn)生種種突變，如染色體缺失及基因重復(fù)、易位、倒置等。

過(guò)去的研究已經(jīng)證明，太空環(huán)境不利于生育。1996年，美國(guó)人捷足先登，把49枚小鼠胚胎（2個(gè)細(xì)胞）放到哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)送上太空，結(jié)果無(wú)一發(fā)育。2006年，中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所的段恩奎團(tuán)隊(duì)利用中國(guó)實(shí)踐八號(hào)育種衛(wèi)星留軌艙，把小鼠胚胎（4個(gè)細(xì)胞）送上太空進(jìn)行發(fā)育試驗(yàn)，首次獲取了太空中的小鼠胚胎圖片，遺憾的是它們?cè)谔瘴茨芡瓿砂l(fā)育。

中國(guó)研究人員此次的研究獲得了初步成功，第一次證明哺乳動(dòng)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，而且，發(fā)育的時(shí)間與在地面上的時(shí)間基本一致。

這次的研究是在實(shí)踐十號(hào)上裝載安放小鼠胚胎的裝置，這些裝置在發(fā)射前8小時(shí)最后一個(gè)裝上衛(wèi)星，以最大程度縮短在地面停留的時(shí)間;在轉(zhuǎn)運(yùn)及裝載過(guò)程中要求不能斷電超過(guò)20分鐘，以保證它們的狀態(tài)。實(shí)際上在裝載過(guò)程中只斷電了12分鐘。

進(jìn)行發(fā)育試驗(yàn)的小鼠部分胚胎被分為4個(gè)單元，每個(gè)單元內(nèi)有150個(gè)左右胚胎，衛(wèi)星入軌后每4小時(shí)照相一次，記錄它們的狀態(tài)，直到96小時(shí)為止。在72小時(shí)左右，2細(xì)胞胚胎就發(fā)育到囊胚，和地面上時(shí)間基本一致。

但是，這并不意味著動(dòng)物的太空生育就可行，原因在于，除了這是動(dòng)物試驗(yàn)外，還在于，這次發(fā)育到囊胚階段的胚胎并未植入到小鼠子宮發(fā)育，發(fā)育成囊胚的胚胎如果沒(méi)有及時(shí)在母體子宮著床，就會(huì)慢慢死亡。

順理成章地，下一步的研究是，短時(shí)間回收在太空發(fā)育的胚胎，如3天，帶回地面植入小鼠子宮中發(fā)育，看其是否能孕育成后代。當(dāng)然，也可以在太空環(huán)境中把胚胎植入小鼠子宮，看其是否能孕育并分娩。更直接的研究是，把小鼠帶入太空環(huán)境，看看它們能否交配和懷孕，并生下后代。另一個(gè)辦法是，在地面上待小鼠懷孕后再放置到太空飛船或衛(wèi)星上并送到太空，看其能否正常孕育和分娩后代。

在太空生育的難度

無(wú)論是在太空還是在火星上，人類和所有生物都面臨著微重力、強(qiáng)輻射的環(huán)境。人類即便能移民到火星，后者也有輻射，因?yàn)榛鹦堑拇笮≈挥械厍虻囊话耄|(zhì)量只有地球的1/10，除了有強(qiáng)烈的輻射外，與地球相比火星也是一個(gè)微重力環(huán)境。

另外，目前人類心儀的火星移民按現(xiàn)有的航天飛行器的速度平均也需要200多天（水手6號(hào)1969年飛經(jīng)火星用了115天，維京2號(hào)軌道器/著陸器1975年飛經(jīng)火星用了333天），在移民途中和到了火星人類都面臨著孕育后代的任務(wù)。

但是，在太空生育必須克服兩個(gè)主要難題，一是微重力，另一是強(qiáng)輻射。關(guān)于微重力對(duì)生育的影響，也有一些研究人員在地球上模擬太空的微重力環(huán)境進(jìn)行過(guò)動(dòng)物試驗(yàn)。加拿大圣文森特山大學(xué)生物學(xué)家塔瑪拉·弗朗茲·奧頓納爾帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)利用生物反應(yīng)器通過(guò)快速旋轉(zhuǎn)模擬微重力狀態(tài)，這種狀態(tài)通常是在星際空間中才出現(xiàn)，是一種極低重力狀態(tài)。

在試驗(yàn)中，研究人員把斑馬魚(yú)經(jīng)過(guò)受精10～14個(gè)小時(shí)的受精卵放入一個(gè)微重力狀態(tài)的生物反應(yīng)器中，以觀察這些受精卵發(fā)育成后代后的骨骼及頭骨中軟骨的生長(zhǎng)。當(dāng)受精卵孵化成幼魚(yú)時(shí)，研究人員將這些斑馬幼魚(yú)染成藍(lán)色，并將它們與那些未在微重力環(huán)境下生活的幼魚(yú)進(jìn)行對(duì)比。

結(jié)果顯示，經(jīng)受了微重力環(huán)境的斑馬魚(yú)幼魚(yú)的鰓弓發(fā)生了變化。此后，這些幼魚(yú)在后來(lái)的一生中還出現(xiàn)了許多缺陷。在數(shù)月時(shí)間里，它們頭骨的基骨發(fā)生了彎曲。另外一項(xiàng)研究也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)生物反應(yīng)器微重力環(huán)境的斑馬魚(yú)的前庭系統(tǒng)存在許多缺陷，最終導(dǎo)致它們過(guò)早死亡。

另外，2010年，曾經(jīng)跟隨美國(guó)航空航天局STS-131任務(wù)組完成太空飛行的16只小鼠出現(xiàn)了卵巢萎縮癥狀。科學(xué)家推斷，它們的生殖系統(tǒng)已“關(guān)閉”。這意味著太空環(huán)境對(duì)生物生殖和發(fā)育有嚴(yán)重影響。

上述試驗(yàn)都是在卵子受精形成受精卵或胚胎的情況下進(jìn)行的。如果是人類在太空生育，另一個(gè)必須解決的前提是，在太空的微重力環(huán)境下進(jìn)行性愛(ài)。這個(gè)研究據(jù)說(shuō)美國(guó)和蘇聯(lián)曾經(jīng)讓宇航員進(jìn)行過(guò)，總體結(jié)論是，由于微重力環(huán)境，只有4種做愛(ài)姿勢(shì)適宜在失重狀態(tài)下進(jìn)行。但是，即便能進(jìn)行性愛(ài)，精子進(jìn)入女性體內(nèi)也比較困難，并且有可能造成宮外孕，因此太空生育的第一步——性愛(ài)和讓精子與卵子結(jié)合也存在較大難度。

從太空育種看太空生育

研究人員已經(jīng)研究過(guò)微重力狀態(tài)對(duì)動(dòng)物生殖的影響，但是，輻射對(duì)生育的影響卻沒(méi)有在動(dòng)物身上專門(mén)研究過(guò)，更不用提在人身上進(jìn)行試驗(yàn)了。不過(guò)，可以比照的試驗(yàn)是作物的太空育種。太空育種也是在強(qiáng)輻射和微重力條件下進(jìn)行的。

太空輻射的輻射源包括宇宙射線和太陽(yáng)風(fēng)暴的各種電子、質(zhì)子、低能重離子和高能重離子等，如伽馬射線，這種射線在核爆炸之后也會(huì)產(chǎn)生。DNA和細(xì)胞膜是放射線作用的靶子?？臻g輻射，如伽馬射線（是一種高能射線）主要導(dǎo)致生物遺傳物質(zhì)的損傷，如突變、腫瘤形成、染色體畸變、細(xì)胞失活、發(fā)育異常等。輻射能非常顯著地引起DNA分子的雙鏈斷裂和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致基因的缺失、錯(cuò)位、重復(fù)等，而且在微重力條件下輻射對(duì)作物種子的誘變作用將會(huì)加強(qiáng)。

這也意味著，太空育種也依賴微重力環(huán)境。太空的重力環(huán)境不及地球上重力十分之一，是引起植物遺傳變異的重要原因之一。微重力可以通過(guò)增加植物對(duì)其他誘變因素的敏感性和干擾DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)作，從而加劇生物變異，提高變異率。

強(qiáng)輻射和微重力造成作物種子的DNA突變是隨機(jī)的，誘變方向具有不確定性。有的種子可產(chǎn)生有益突變，形成高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、早熟、多抗的良種。但是，更多的種子是產(chǎn)生不良突變。因此，太空育種造成的變異結(jié)果不可預(yù)測(cè)，而且大部分變異并非人類所需要。例如，有的作物種子經(jīng)過(guò)太空育種后生成的作物會(huì)變矮，葉片變小，產(chǎn)量降低。一般來(lái)說(shuō)，太空育種變異率為5%～10%，最高的誘變率可超過(guò)10%，其中有益突變率為2%～3%。

另外，太空育種的益處是，時(shí)間短，空間誘變植物一般在第4代可穩(wěn)定，少數(shù)在第3代就可穩(wěn)定，比常規(guī)育種的第6代穩(wěn)定提前2代，對(duì)縮短育種周期極為有利，可以節(jié)約許多人力物力。當(dāng)然，太空育種造成的基因突變也較多。例如，水稻自然變異的概率在20萬(wàn)分之一，化學(xué)誘變的變異概率是千分之幾，但太空育種的水稻變異概率可達(dá)百分之幾。

人在太空生育現(xiàn)在尚不可能

簡(jiǎn)單地拿植物與動(dòng)物的繁衍相比顯然并不科學(xué)，更不能拿太空育種與人在太空生育相比。但是，基于生物繁衍的一般規(guī)律可以知道，由于微重力和強(qiáng)輻射，人在太空生育肯定會(huì)造成對(duì)胎兒的損害，后代產(chǎn)生畸形的概率要大得多。

正因?yàn)槿绱?，現(xiàn)在航天員，尤其是女航天員在上天返回地面后，都要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的休息和恢復(fù)后才能生育，以避免太空環(huán)境對(duì)后代的影響。

中國(guó)首位女航天員劉洋已經(jīng)做了母親，從她生育的過(guò)程可以看到現(xiàn)在人類是在避免在太空生育。為了避免太空環(huán)境對(duì)人類生育的影響，在選拔女航天員時(shí)有三種模式，一種是已婚已育，一種是已婚未育，還有一種是未婚未育?？紤]到太空探索可能會(huì)對(duì)女性生育產(chǎn)生不利影響，在選拔女性航天員時(shí)就首先考慮已婚和有過(guò)生育的。盡管已婚已育是最理想的模式，但也有缺點(diǎn)，因?yàn)橐鸦橐延吣挲g偏大，對(duì)訓(xùn)練會(huì)有影響。

不過(guò)，從綜合條件考慮來(lái)看，已婚未育也并非不可以，所以在當(dāng)時(shí)進(jìn)入最后一輪選拔的6名女航天員候選人中，包括劉洋在內(nèi)有5人尚未生育。但是，劉洋被選中擔(dān)任航天任務(wù)還有一個(gè)自身的年齡問(wèn)題，即瀕臨女性生育的高齡階段。劉洋是2012年6月16日隨神舟九號(hào)載人飛船升空的，當(dāng)時(shí)劉洋已經(jīng)34歲，其家人尤其是劉洋的公公、婆婆非常希望劉洋早點(diǎn)生育一個(gè)孩子，但也很明確，前提是不能耽誤工作。

劉洋是2014年8月生產(chǎn)的，也符合以前國(guó)際上女航天員參加航天任務(wù)后生孩子的時(shí)間，即一年之后生育比較好。因?yàn)椋幢闾窄h(huán)境對(duì)女航天員有一定影響，在一年之后，影響也不算大了。例如，蘇聯(lián)第一位女航天員捷列什科娃完成一次航天飛行回到地球5個(gè)月后，與同是航天員的尼古拉耶夫于1963年11月3日結(jié)婚，在1964年6月10日生下一名健康的女孩，孩子重3100克，身長(zhǎng)51厘米。唯一的不足是，這個(gè)孩子“稍為早產(chǎn)了一點(diǎn)”。1984年在太空行走的第一位蘇聯(lián)女航天員斯韋特蘭娜·薩維茨卡婭返回地球一年半后也“喜得貴子”。

劉洋孕育孩子已經(jīng)是在35歲。在克服了高齡和太空環(huán)境的不利因素后劉洋成為母親確實(shí)是一件值得恭賀的事，但更重要的是這本身就證明，只要保護(hù)嚴(yán)格，如身穿防輻射的太空服，短期失重的太空環(huán)境不會(huì)對(duì)人的健康和女性的生育造成不利影響。當(dāng)然，劉洋孕育孩子控制在35歲的高齡之前，這也避免了高齡生育的不利影響，因?yàn)楦啐g女性生育不僅危及母親的生命，孕婦的死亡率更高，而且也影響后代的生理和智力。

迄今已有近60名女航天員一次或多次進(jìn)入太空，她們占整個(gè)航天員的10%以上，而且見(jiàn)諸于報(bào)道的女航天員都產(chǎn)下的是健康的孩子，所以現(xiàn)在認(rèn)為太空生活對(duì)女航天員生理并不會(huì)造成什么影響。但是，也有語(yǔ)焉不詳?shù)南⒎Q，如果女航天員上天后，短期內(nèi)懷孕可能會(huì)受到影響，國(guó)外也有過(guò)女航天員返回地面懷孕后流產(chǎn)或者產(chǎn)下畸形嬰兒的先例。

女航天員的婚育是一個(gè)需要進(jìn)一步深入研究的領(lǐng)域，由于保密的原因，要證明在這一領(lǐng)域工作的女性生育與其他領(lǐng)域女性的生育并無(wú)差異也很困難，至少要比證明試管嬰兒與正常孕育的嬰兒一樣健康要困難很多。而且，航天領(lǐng)域的神秘和女航天員的數(shù)量之少也難以獲取更多的比較樣本。

從目前情況來(lái)看，航天員做母親也是避免了太空的強(qiáng)輻射和微重力環(huán)境后才有了健康的后代，這意味著人類要克服太空的不利環(huán)境安全生育，還有很長(zhǎng)的路要走。

【責(zé)任編輯】張?zhí)锟?