神舟二十一号“神秘乘客”曝光：这些小小“航天员”，任务不简单
到了神舟二十一号发射：哦……又发射了啊，这第几次了来着？这可不是老百姓对我国取得的航天成就失去了热情，主要是现在我国载人航天技术已经日渐成熟，航天员频繁执行任务，让大家对我国载人航天有点习以为常了——如今神舟飞船半年一次发射已成为常态，这也是我国航天科技不断进步的最好证明。面对这些年来航天领域的进步，连我们科普工作者都有点犯难了，关于神舟系列飞船，适合做科普的内容都讲的差不多了，这次说点什么好呢？突然，笔者看到了几个特殊的“航天员”，得，就写它们了。原来，本次神舟飞船发射任务，还将首次在轨实施国内啮齿类哺乳动物空间科学实验。根据人民日报等媒体的报道，历经 60 多天的魔鬼训练，这 4 只小鼠“航天员”，才从 300 只候选者中脱颖而出，随神舟二十一号飞船出征太空，陪伴航天员完成相关试验。那么，为什么要让动物也上天呢？今天咱们就来说一说。派动物去太空，已经有几十年的历史了。一开始的动机比较功利，就是替人类探探路。先看“能不能活”（地球周边），接着“能否活得长久”（行星际探测），再往后还有“能否持续繁衍”（星际旅行）。随着技术进步，对探路的需求逐渐减少，人类本位和功利性越来越弱，现在利用动物宇航员多是为了研究地球生命本身，或是进一步探讨宇宙中的生命形式和演化过程，包括人类未来长期太空生存、繁衍及在健康等方面的研究。考虑到实验目的的不同，有很多种动物做出过巨大的贡献和牺牲。除了我们熟悉的狗、鼠、猴、黑猩猩之外，还有线虫、水熊虫、蝇、蚕、蜘蛛、鱼、蛙、蝾螈、壁虎、龟、鸡、猫、兔等等各种陆生或水生动物。接下来咱们就聊聊它们的故事。首次进入太空的动物是一批黑腹果蝇。1947 年 2 月，它们随美国从纳粹德国缴获的 V-2 火箭发射升空，一直抵达距地 109 千米处（100 千米以上就是太空），而后乘降落伞返回，全员存活。这次发射是为了初步研究宇宙射线对机体的影响。黑腹果蝇只有 4 对染色体，当时早已是基因研究的模式生物，被选送太空再合适不过了。1949 年 6 月，一只取名阿尔伯特二世的猕猴同样乘 V-2 火箭进入太空，成为首位灵长目宇航员。它上升到 137 千米的高度，可惜返回时因降落伞失效而壮烈牺牲。在太空竞赛的年代，美国很忙，苏联也没闲着。从 1951～1956 年，苏联先后试验发射过几十只流浪狗，最终在 1957 年 11 月，从莫斯科街头捕来的流浪狗“莱卡”随斯普特尼克 2 号升空，成为首位环绕地球运行的动物宇航员（之前的速度都不足以绕地飞行）。
尽管这次单程旅途为莱卡准备了用于安乐死的食物，但莱卡在飞行数小时后因舱内温控故障/应激死亡；这成为后续动物航天伦理讨论的重要案例。飞船载着它的遗体环绕地球运行 2570 圈后，再入大气层并烧毁。太空犬莱卡，首位环绕地球飞行的宇航员 图源：wiki回到美国这边，1961 年 1 月，黑猩猩哈姆乘水星-红石 2 号进入太空，成了第一位人科宇航员。凭借着人科动物的聪明才智，它还出色地完成了许多指令。通过扳动指令对应的拉杆——扳对吃香蕉，扳错挨电击——哈姆成功证明了在太空中不但能存活，还能主动执行任务，这是人类开展空间探索的基础。同年 11 月，又是一只黑猩猩，名叫伊诺斯的，围绕地球飞了 2 圈并平安返回。呃，也不算平安：虽然它的任务与哈姆一样，但因为仪器故障，即使它扳对拉杆，也会遭受电击。伊诺斯还是敬业地完成了所有指令，尽管人们把它从海上捞出来时，它都快疯掉了。早在载人航天工程启动之前，中国也曾将动物送入过太空，1990 年 10 月发射的返回式生物卫星搭载了一批豚鼠和一些植物，8 天后成功回收。不过我们研究的不是存活问题（因为早已知道不是问题），而是有关太空环境的问题了。不过在中国的载人航天历史上，就没怎么用实验动物探过路。虽然我们的载人航天事业起步较晚，但好处是可以直接使用新科技。在 2003 年 10 月杨利伟乘神舟五号升空之前，神舟三号和四号里搭载的都是模拟人，足以测量航天员全程所处的环境和发生的各种事件了。要说太空和地球环境有何不同，基本上就是两样：微重力和高辐射。我们的骨密度和肌肉量是为了抵抗重力，那么长期在微重力环境中生活，就可能骨质疏松、肌肉萎缩。来自星际空间和太阳的射线是更大的风险，尽管空间站运行在范艾伦带下方，尽可能地降低了辐射量，但宇航员的健康风险恐怕还是要高于常人。不过，风险有多高？在太空生活多久会出这些问题？如果要去往更远的地方，比如月球基地或火星，就还需要动物宇航员协助研究生活质量问题。1968 年 9 月，苏联的探测 5 号去月球背后绕了一下，又返回到地球。这次的乘组有 2 只四爪陆龟、一些酪蝇、黄粉虫，还有一些植物、种子、细菌和其他一些生物。在 7 天的旅程中，大家都活得挺好，虽然陆龟们轻了 10%，但依旧活跃，胃口也不错，其他方面也没出状况。这里，我们或许就能悟到一些动物宇航员和实际任务的关联性。在最初的生存测试阶段，选的动物比较容易训练或与人类相似，或者兽医比较熟悉，便于判断伤病乃至死因。而像这种为期较长的生存测试，就要用耐力超强、能够忍饥挨饿的。动物宇航员选拔都要看具体任务，不能一拍脑袋随便从身边选一个。1970 年 11 月，轨道蛙耳石航天器携带 2 只牛蛙一飞冲天，这次任务配备了旋转式重力模拟系统，可在有重力和微重力之间来回切换，用于研究长期微重力环境的作用。1972 年 12 月发射的阿波罗 17 号载有 5 只纤小囊鼠，他们头皮下植有辐射监测器，以研究宇宙射线的影响。国际空间站里还有一座水族箱，配有饲喂系统、水循环系统和模拟昼夜的 LED 灯，使用鱼类来研究骨质疏松和肌肉退化问题。研究长期太空任务时，往往会在地面上留有同种动物的对照组，大家吃相同的食物，身处相同的光照和环境温度，以此得到更可靠的科学数据。参与这类研究的还有人类：斯科特·凯利在 2015～2016 年住在空间站上，而他的双胞胎兄弟马克·凯利留在地球作为对照组。事实上，研究的一切都是生存问题：从当下的生存问题，到长期生存问题，再到种群生存问题。在太空中，宇宙射线对生殖细胞的危险显而易见，微重力的影响则较为隐蔽。受精卵发育时能否分出动物极和植物极？蛇卵鸟卵和外界的气体交换能否畅通？哺乳动物的受精卵能否顺利着床？初生的袋鼠会本能地逆着重力向上爬进育儿袋，如果没了上下概念，它会不会迷路？……1989 年 3 月，作为一项科教目的的学生实验，32 只鸡胚胎随发现号航天飞机前往太空，研究胚胎在微重力中的发育（孵出不少）。1994 年 11 月和 1995 年 7 月，两组怀孕的褐家鼠分别乘亚特兰蒂斯号和发现号航天飞机到太空兜了一圈，回来后产下体重正常的幼崽，表明胎儿在怀孕后期仍能正常发育。
2021 年 8 月，日本山梨县大学从怀孕的小鼠身上提取了处于早期双细胞阶段的胚胎，送往国际空间站发育了 4 天。2023 年 10 月发表的研究报告显示，这些胚胎没有出现辐射后的 DNA 损伤，并在微重力环境中表现出正常的结构发育，分化出了胎儿和胎盘两组细胞。不过，目前还没有哺乳动物在太空中完成从受精到分娩的全过程记录，也不清楚刚出生的幼崽在太空中有没有生存困难。在探索太空的征途中，人们认识到生命的顽强不可思议，尽管这种认识有时来自意外的悲剧。2003 年 2 月，哥伦比亚号航天飞机完成 STS-107 任务，返航时不幸解体，7 名宇航员罹难。从事故调查搜集到的残骸中，有一个加固过的储物柜，在柜中的培养皿里，人们意外地发现了几百条微小的秀丽隐杆线虫。由于这种生物的生命周期只有两三周，因此它们从浩劫之日算起，早已繁殖四五代了。在 2007 年的光子-M3 任务中，欧洲空间局将几组水熊虫送入太空——字面意义上的。第一组直接暴露在真空中，其他两组还要承受不同剂量的太阳辐射。然而这些小家伙重新补水后，第一组直接满血复活，后两组也有 3 只成功复苏，生命力令人瞠目结舌。
长相就很有航天范的水熊虫 图源Eye of Science从这些顽强坚忍的小生命身上，天体生物学家认识到，生命或生命物质也许有能力横渡茫茫太空，从一个星球去往另一个星球。结合对陨石、太阳系其他天体以及系外行星的研究探测，动物宇航员为生命的起源演化开启了更广泛的思路。动物在航天探索中的科学价值依然不可替代。希望此次任务顺利推进，为我国乃至全球的空间生命科学积累宝贵数据，也期待未来人类在探索宇宙的道路上，走得更稳、更远。
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来源：科普中国
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