“人在太空”国际学术会议在京召开，各国科学家展望太空生活
空间科学家们希望最终能实现人类的太空长途旅行。资料图片
1961年4月12日，前苏联航天员加加林首次进入太空，人类从此开始了远征太空的步伐。公众对这个地球之外的神秘空间始终充满了梦幻和想象。可是，到了太空，宇航员究竟有什么感受？他们真像《星球大战》里演的那样行动自如？太空的微重力和强辐射环境会对他们产生什么不利影响？又对人类的生命科学研究提供了怎样一个实验场？
2007年5月21日至24日，国际宇航科学院“人在太空”学术会议首次在中国举行。中、美、俄等国家的宇航员齐聚北京，共同出席的还有“幕后英雄”———航天领域的研究者。他们用亲身经历和研究向人们描述了太空的真实面目，并还原了宇航员有趣而艰难的生活。
问题一 太空生活感觉如何？
尽管太空生活看起来很“酷”，但宇航员们的描述听起来却不那么美好，除了视觉更鲜亮以外，他们的举手投足都需要重新适应不同的环境。
1、所有物体颜色更鲜活
无论是在载人航天器上，还是在国际空间站上，最引人注意的景色都是宇航员们周围的星球———尤其是近在咫尺的地球。
无论是美国宇航员焦立中，还是中国宇航员费俊龙都很怀念从太空中观察到的地球。因为太空中的观察不会受到大气层的影响，没有光线的折射反射，因此，所有东西都保持鲜活的颜色。
2、发射时感觉血液倒流
俄罗斯宇航员隆恰科夫（LonchakovYury）说，自己对空间之旅印象最深的是失重状态。在这种状态下，人体内的血液不会像在地面上一样正常流动，而是从头部向腿部流动———这显然不是一种美妙的感受。费俊龙回忆说，航天器发射时，宇航员会产生一种错觉：血液会由脚向头倒流，如同倒立，血液涌向头顶。
3、轨道运行时压力巨大
进入太空首先要克服的就是失重带来的不良生理感觉。事实上，载人航天器一经发射，宇航员就会有越来越强烈的载荷。在升空后10分钟左右，发射器进入轨道，这时宇航员会感到相当于自身体重5倍至6倍的压力。
4、环境恶劣，行走不便
一旦到了太空中，正常的行走不再需要，人是飘起的。奥地利航天员维埃沃克（Pranz Viehbock）指出，在月球上宇航员必须穿着宇航服。同时，月面活动所使用的交通工具也不同于地球，那里可没有平坦的柏油马路或者高速公路。
5、一天90分钟让人困扰
不过，在太空中最麻烦的情形是宇航员生理系统的紊乱。由于公转速度的影响，航天器上每隔90分钟就会出现一次昼夜变化。时间的变化打乱了人类正常的生理周期。为了应付由此带来的困扰，宇航员们要进行大量生理测试，检测自身功能的变化。
6、洗澡、理发很成问题
加拿大航天员佩耶特（Julie Payette）回忆了自己在太空中生活的细节：在太空中不会出现水流，所以洗澡会非常困难。由于身处微重力环境，连剪头发都成了宇航员的难题，他们必须使用一个特殊的辅助器械，在第一时间收集剪落的头发，否则那些细小的发丝会在航天器中飘浮，一不小心就会被吸进鼻子甚至气管。
7、饮用“尿液”难以接受
目前，空间站的部分水是经过处理后循环使用的。北京航空航天大学生物科学与工程研究所教授庄逢源指出，航天员的尿可以进行净化，作为饮用水来使用，“这种净化后的水完全是纯净水，只是因为一些心理上的原因，可能不容易被接受。”
问题二 生存所需物资如何提供？
要解决长期太空生活所需要的食物生产和废物利用问题，科学家必须建立生态再生式生命保障系统。该系统可分为两类：化学合成系统和光合作用系统。
太空环境对于寄居在太空长达数月甚或更久的人来说，简直如同地狱。因为，地球生物圈中的碳循环很难在太空中找到。因此，在人类征服太空的宏大叙事中，建立生态再生式生命保障系统在所难免。这也是近年来太空探索的一大课题。
再生式生命保障系统已经被视为月球基地和火星基地的一部分，它需要解决食物生产和废物利用问题。在此次的学术会议论坛上，奥地利航天员弗朗兹·维埃沃克就展示了来自月球再生系统的杰作：月球花。因为是在特定的模拟环境下培育出来的，月球花比地球上的花少了几片花瓣。如何将更多的物种带进这个“再生系统”，已经成为当今航天生命学界的一个重大课题。
中国宇航员杨利伟指出，如果航天员在月球基地上长期生活所需的消耗品都从地面供给，费用将十分昂贵。要解决人类长期居留太空所需给养的问题，一个经济而有效的途径就是实现生物及物质的再生，采用再生的引导系统，解决人生存的基本需求。
生态再生式生命保障系统是一种人工的平衡系统，由人、植物、动物和微生物组成。这种再生系统又可分为两类：化学合成系统和光合作用系统。
在化学合成系统中，首先通过电解水产生氧和氢，再通过含有稳定的氢化酶的氢细菌，借助尿液、氧、二氧化碳、镁盐和铁盐，产生含有蛋白质的可食用物。
在光合作用系统中，主要利用植物之类的自养生物吸收人体排出的二氧化碳，同时经过光合作用产生氧，其过程如下：CO 2 +H 2 O+光→氧+生物能量+热在封闭的生态再生式生命保障系统中，食物的生产需要从废物再生系统中获得矿物营养素。
高等植物不仅可以用作食物，而且可以用于大气和水的再生。在火星大气中，含有高浓度的二氧化碳，研究人员认为这样的环境可以加速农作物生长，不仅可以使粮食、蔬菜和水果增产，还可以产生大量的氧气，促使火星基地生态再生系统更容易完善。
太阳耀斑是造成太阳粒子事件的主要原因。资料图片
航天器发射过程中，宇航员会感觉血液由脚向头倒流，如同倒立。资料图片
因为不受大气折射的干扰，在太空中观察地球可以看到鲜活美丽的颜色。资料图片
问题三 太空环境对人有何影响？
太空环境的主要特征是微重力和高强度宇宙辐射，生命体进入这个环境，也会留下一些特殊的烙印。航天研究不仅考虑航天器、飞船如何导航等技术问题，也关注人类如何应对太空环境。因此，生命科学也成了航天科学家们研究的又一方向。
骨质疏松加快了
原因：微重力环境削弱人体运动系统所受刺激
“我们已经知道航天员在长期的航天飞行中，将产生一系列与自然衰老相似的生理变化。”庄逢源指出，这些生理变化主要是：骨质疏松、肌肉萎缩、心血管系统失调、立位耐受性下降、航天飞行性贫血及免疫系统特别是细胞免疫系统的抑制。一般来说，地球上正常人体的运动系统承受两种刺激：重力（被动刺激）和运动（主动刺激）。两者相互结合、相互作用诱导一系列生理、生化过程维持骨组织的结构适应这种力学环境。
不过，一旦人到了太空环境，便处于微重力状况下。航天员所受重力被空间飞行产生的惯性力相抵消，相应的骨骼负荷减少。这会导致航天员骨质丢失，即所谓“微重力诱导的骨质减少或骨质疏松”。
针对航天员进行的骨密度检测显示，航天员平均每月有0.15%至2%的骨质丢失，其中承重骨（跟骨、胫骨、股骨、椎骨）的骨质丢失情况比非承重骨（挠骨、尺骨）更为严重。航天员在太空中呆久了，到地面以后就会晕厥，即使不晕厥宇航员离开航天舱时也多半无法站立，需要被抬出来。相关研究指出，航天员胫骨的骨松质部分的骨丢失比骨皮质表现更显著，出现更早。回到地球后，骨质恢复时间要比飞行时间长2倍至3倍，即使如此骨质损失也不一定能完全恢复。
骨质疏松现象也存在于其他生命体上。科学家在空间微重力条件培养小鼠胚胎，进而观察胚胎的长骨对重力变化的反应。通过地面组和微重力组的数据对比，科学家获得了令人惊讶的数据。在小鼠的生长过程中，妊娠13d胚胎的前跖骨已经开始了软骨发生及形态发生模式。在此发育阶段在空间飞行培养4d，与地面对照组相比后，出现软骨增大的现象。将16－17d的小鼠胚胎在空间飞行中培养4d，研究人员发现小鼠的前跖骨生长和胶原合成都正常，但钙化程度却减低，矿化吸收增加。
Klement的科学家的研究还显示胚胎小鼠的前跖骨的生长长度短于地面对照组。
庄逢源指出这些数据，一般是根据宇航员进入太空之前与返回地面以后，两者数据之差得出的。除此以外，一些地面模拟试验也已证明，人处在微重力环境下确实存在骨质疏松的现象。
地面模拟分人体卧床试验研究和动物尾部悬吊试验。
在人体卧床试验中，试验步骤比较简单，正常志愿者头向下倾斜长期卧床，就会出现负钙平衡和骨质减少，并且结果与空间飞行中的相当，骨丢失也出现位置特异性。
“此外，我们还有动物尾部悬吊实验，”庄逢源指出在这个实验中，主要是使动物前肢支撑全部重量，后肢处于自由运动且减负重状态。组织计量学分析显示，实验大鼠的骨骼变化与大鼠在空间飞行中的相一致，胫骨近侧干骺端的松质骨丢失，胫骨、股骨的骨膜骨形成减少。
癌症发病率增加
原因：宇宙辐射影响了生物信息的传导方式
失重会在生命体上留下烙印，可来自太空的烙印还不仅仅于此。人在太空，必然会遭遇另一种袭击：宇宙辐射。
在进行行星际飞行时，主要的辐射危害来自银河宇宙线和太阳宇宙辐射。银河宇宙线的主要成分是高能质子和原子序为偶数的重离子。太阳粒子事件会产生大量的高能粒子，其中主要是质子、重离子和电子。对宇航员危害最大的主要是质子，其次是重离子。
在论坛上杨利伟指出，宇宙辐射给人在太空带来了挑战。辐射对航天器的危害并不大。可一旦离开航天器，踏上月面，问题就产生了。由于缺乏月球地磁场的屏蔽作用，宇航员在月球表面外面活动时间过长，就容易受到这种辐射的伤害。
宇宙辐射对航天员危害有短期效应，但麻烦最大的还是远期效应。在各种远期效应中又以癌症最危险，其次是对宇航员中枢神经系统的损伤。
只是，正如微重力对宇航员影响一样，目前只知道会出现这样的结果，但是具体的作用细节却依然比较模糊。宇航员因辐射暴露而患癌症的概率有多大？如果有患癌症的可能性，那么癌症的发病率与辐射剂量、剂量率、航天员年龄、性别和暴露时间又有何关系？关于这些问题，科学家现在还没有得出最终结论。“为了测量宇宙辐射的作用，一般会在飞行器上装载辐射测量仪。”中国空间技术研究院高级工程师李春华指出，一般包括微重力测量仪、离心机等设备。
为了避免宇宙辐射带给宇航员的伤害，就要建立太阳粒子事件预警系统，在出现太阳粒子事件时，提前警报航天员，以便他们有时间从航天器舱外返回舱内，躲进专门的防辐射掩体。
宇宙辐射除了对宇航员带来影响外，也会对其他生命体产生影响。比如辐射可能诱发基因突变。这种变异作用已经被用来培育农作物。我国已于去年发射过一台育种卫星。
中国农科院航天育种中心刘录祥教授指出，目前他们已经研究出，太空辐射、微重力、高真空等条件，诱使作物种子发生基因突变和染色体畸变。
微重力、宇宙射线，种种不同的条件引发了生物体的生长新革命，解开这个谜一直成为航天研究人员的一个心愿。只是到目前为止，准确的答案还是无法给出。庄逢源指出这可能与在太空不同环境下，生物信息传导的方式有关。
开启生命研究新窗口
原因：宇航员的生理变化与人类衰老变化特征一致
“今年9月，我们会去德国，与当地研究人员一起做失重飞机的试验。”庄逢源所说的失重飞机，是指在飞行一段时间后关闭发动机，进而让飞机完成抛物线飞行，形成15秒至40秒的微重力时间，可以在这段时间里做各种试验。
庄逢源希望能将太空生命研究进行到底：“人在进军太空的途中，得到了很多关于自身生命演化的新启示。”事实上，研究细胞、生物大分子水平上的细胞凋亡、分化、增殖、分泌功能的影响机理和信号传导过程，了解重力对生理变化影响的机理，不仅能有助于保证航天员的健康，也可能深入了解人类衰老的机理。
微重力状态下，宇航员的生理变化与人类衰老的变化特征几乎一致。在人的一生中，骨骼系统的骨密度在35岁左右达到最大值，随后以大约每年0.5%的速率下降。
庄逢源指出自己跟许多研究人员一样，想通过研究宇航员骨质疏松的原因，进而找到人衰老的机理。所以，太空生命医学问题其实也是地面上的生命医学问题。对于治疗太空飞行后的骨质疏松，科学研究人员已经尝试采取多种措施，比如保证足够的饮食摄入，保证足够的钙、VD、VK和其他相关营养物质的摄入是必要的。研究人员还发现一些用于治疗常人骨质疏松的药物对于空间飞行或卧床试验导致的骨质疏松并无明显效果。这也不难理解，太空中发生的衰老与人类自身衰老还是有所区别：人的衰老很难逆转，但是太空中发生的衰老却可以在一定程度上得到恢复。
另一个奇怪的现象是，相比人类在太空环境下出现了衰老的迹象，细菌却显示出了旺盛的生命力，更适应新环境，繁殖得更快，生命力更强了。研究人员曾对太空环境下生长的伤寒病菌进行测试，发现其比地面上的普通伤寒病菌具有更强的肌体破坏力。
太空生命研究还可能给减肥者带来了新的招数。研究人员曾让鸡生活在相对较弱的重力环境下，一段时间后发现，在同等喂养条件下，这些鸡身上的脂肪比正常环境下少得多。
重力不同的环境是否能够减肥？这在庄逢源那些科学研究人员那里成了一个新的命题。
“研究重力对于生命体的影响开启了一个新的窗口。”庄逢源显得非常乐观。
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