Jerrusalem/編譯）在美國航空航天局（NASA）的宇航員斯科特·凱利（Scott Kelly）于3月28日前往國際空間站執(zhí)行為期一年的太空任務(wù)的同時(shí)，他也將展開一項(xiàng)前所未有的研究，探秘人類在長期太空旅行中可能發(fā)生的生物學(xué)變化。

研究人員將大量收集斯科特的基因組、分子及生理數(shù)據(jù)以及其他資料，并將它們和他呆在地球上的雙胞胎兄弟——前宇航員馬克·凱利的資料做比較。數(shù)據(jù)上的差異或許能揭示人體是如何應(yīng)付極端環(huán)境的。

別讓那抹胡子欺騙了你的眼睛：美國航空航天局（NASA）的宇航員斯科特·凱利（Scott Kelly，右）和他兄弟馬克（Mark Kelly，左）可是同卵雙胞胎。圖片來源：Robert Markowitz/NASA

孿生悖論

愛因斯坦曾提出過一個(gè)著名的“孿生悖論”：想象有一對雙胞胎兄弟，其中的一個(gè)進(jìn)行著相對論速度的宇宙旅行，而另一個(gè)則停留在地球上。若干年后，當(dāng)前者返回地球時(shí)，他會發(fā)現(xiàn)自己比他的雙胞胎兄弟年輕了許多。雖然這次的研究不會那么“高速”，不過仍然有著重大意義。

研究的想法最開始來源于凱利兄弟自己。斯科特已經(jīng)有180天的太空經(jīng)歷，而這次，他將與俄羅斯宇航員米哈伊爾·科爾尼揚(yáng)科（Mikhail Kornienko）在地球軌道上呆整整一年。（而和他們一同出發(fā)的宇航員根納季·帕達(dá)爾卡則會停留6個(gè)月，屆時(shí)他將打破目前總停留太空時(shí)間的記錄，803天。）

至于馬克呢，他在2011年退役前進(jìn)行過4次，總計(jì)54天的短途航天飛機(jī)飛行。而當(dāng)斯科特返回地球時(shí)，他積累的太空飛行時(shí)間將是馬克的近10倍。這就是區(qū)分這對雙胞胎的關(guān)鍵點(diǎn)：不同的太空暴露時(shí)間。

斯科特·凱利對《自然》表示：“馬克的太空經(jīng)歷與我有很大的不同。他呆的時(shí)間比較短，不足以讓他適應(yīng)太空環(huán)境，并對這種環(huán)境感到自然。而我可以?！?/p>

這對雙胞胎已經(jīng)提供了他們的血液、唾液、尿液以及糞便樣品。從斯科特在太空的時(shí)候到他回來之后，這項(xiàng)工作將定期持續(xù)進(jìn)行。雙胞胎還將就分析結(jié)果的含義進(jìn)行遺傳咨詢。只有10位主要研究者能得到所有的全基因組信息。

如果沒有雙胞胎的同意，他們將不能夠發(fā)表結(jié)果。換言之，這個(gè)價(jià)值150萬美元的雙胞胎研究的結(jié)果可能會永遠(yuǎn)不見天日。因?yàn)閯P利兄弟們進(jìn)行的是全基因組測序。 如果他們發(fā)現(xiàn)自己的基因序列中有他們不愿公開的敏感的信息——比如易患某些特定的疾病——那么研究結(jié)果或許永遠(yuǎn)不會發(fā)表。NASA約翰遜航天中心的人類研究項(xiàng)目副總科學(xué)家克雷格·坤德羅特（Craig Kundrot）說：“這是一個(gè)全新的領(lǐng)域，我們不可能預(yù)料到會發(fā)生怎樣的事情。”

克雷格指出，遺傳信息的采集將對未來的宇航員產(chǎn)生重大影響。比如，如果一個(gè)宇航員的基因組表明他或她對空間輻射電離作用有遺傳敏感性，那么這些信息很可能影響NASA在考慮送誰上太空時(shí)所做的決定。

在過去，NASA曾大肆宣傳其對宇航員約翰·格倫（John Glenn）進(jìn)行的監(jiān)測研究。約翰曾在1962年進(jìn)入過地球軌道，并在77歲高齡再次乘坐航天飛機(jī)翱翔天宇。不過，對于他衰老機(jī)體的研究除了顯示約翰仍然能承受進(jìn)入太空的壓力之外沒得到太多結(jié)果。相比之下，這次的雙胞胎研究可能能獲得更多有用的數(shù)據(jù)——地球上呆著一個(gè)基因完全相同的雙胞胎，長時(shí)間的樣品采集?！斑@給了我們更多的能力?！蔽鞅贝髮W(xué)的神經(jīng)生物學(xué)家瑪莎·維塔特納（Martha Vitaterna）說道。

雙胞胎宇航員馬克·凱利（左）和斯科特·凱利（右）。圖片來源：issetdirectorblog.wordpress.com

雙子研究

大約一半的研究內(nèi)容在航天領(lǐng)域是史無前例的。NASA和俄羅斯航天局已經(jīng)就人體如何適應(yīng)太空飛行進(jìn)行了長時(shí)間的探討。但這次的雙胞胎研究則首次將這類探討帶入了現(xiàn)代基因組學(xué)領(lǐng)域。

這項(xiàng)研究是第一個(gè)比較兩位分別置身在太空和地球、有著完全相同基因的人類的研究。雙胞胎之中的一個(gè)將在很長的一段時(shí)間內(nèi)暴露于宇宙輻射以及近乎零重力的環(huán)境下，而另一個(gè)則呆在地球進(jìn)行正常的生活。除了對凱利兄弟進(jìn)行全基因組測序，科學(xué)家們還將探討基因表達(dá)情況、基因標(biāo)志物、染色體縮短情況等等衡量健康與衰老的指標(biāo)。

根據(jù)NASA的介紹，整個(gè)研究內(nèi)容將分為四個(gè)部分。

1. 人體生理學(xué)：
   生理學(xué)方面的研究著眼于航天環(huán)境如何改變心臟、肌肉和大腦等器官，包括與動(dòng)脈粥樣硬化、體液轉(zhuǎn)移、視覺損傷以及顱內(nèi)壓方面的研究；

2. 行為健康：
   這個(gè)方面的研究內(nèi)容關(guān)注太空環(huán)境下宇航員的認(rèn)知推理、決策和警覺性的變化。有宇航員報(bào)告稱，在軌道上工作時(shí)感到大腦的警覺性下降，并且思維反應(yīng)速度也變慢了；

3. 微生物學(xué)：
   研究主要調(diào)查雙胞胎的飲食差異和應(yīng)激物情況，并了解它們?nèi)绾斡绊戨p胞胎的腸道菌群。之前研究人員已經(jīng)研究過宇航員在太空時(shí)的腸道菌群變化，而這次將更進(jìn)一步，因?yàn)閯P利兄弟的腸道微生物在一開始是相似的。兄弟倆將記錄自己每日的食物，只是馬克不受限于冷凍干燥的太空食品；

4. 分子學(xué)/組學(xué)：
   這個(gè)領(lǐng)域的研究將主要包括航天環(huán)境可能導(dǎo)致的基因表達(dá)變化，以及輻射、幽閉環(huán)境和微重力等條件對蛋白質(zhì)和代謝物的影響。這方面的研究囊括了為數(shù)最多的課題。

康奈爾醫(yī)學(xué)院的遺傳學(xué)家克里斯托弗·梅森（Christopher Mason）研究DNA與RNA的甲基化?！斑@次的研究將為我們呈現(xiàn)人類有史以來最全面的分子信息?！彼f，“而且，還是雙份的！”

“雖然只有一雙胞胎，但我們將分別在飛行前、飛行中和飛行后都進(jìn)行研究?！笨屏_拉多州立大學(xué)的輻射生物學(xué)家蘇珊·貝利（Susan Bailey）說道，“最后我們會得到足夠好的數(shù)據(jù)以得出統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著的結(jié)論?！必惱膱F(tuán)隊(duì)著眼于關(guān)于端粒的研究。端粒位于染色體末端，會隨著人年齡的增長而縮短。在太空中，由于宇宙射線的作用，端粒的損耗可能會加速。貝利認(rèn)為，一年后，斯科特的端粒會比馬克的更短。了解這一現(xiàn)象背后的原理，將對理解人們在地球上衰老產(chǎn)生廣泛影響。

醫(yī)生們可能從更廣闊的視角解決與衰老或疾病有關(guān)的一般問題。珍妮弗·哈里斯（Jennifer Harris）是一位遺傳流行病學(xué)家，她表示，通過研究哪些基因會在太空中發(fā)生表達(dá)變化，研究者能更好地理解生理變化背后的基因通路。哈里斯專攻雙胞胎研究，但并沒有參與這項(xiàng)研究。她認(rèn)為：“這項(xiàng)重要的研究產(chǎn)生的巨大影響將不限于雙胞胎群體之內(nèi)?！薄绻@些結(jié)果能夠公開的話。

(編輯：Calo)