湖北日?qǐng)?bào)全媒記者 文新
中國(guó)科學(xué)院水生所國(guó)家斑馬魚資源中心主任孫永華研究員在魚房?jī)?nèi)展示斑馬魚樣本。（湖北日?qǐng)?bào)全媒記者 任勇 攝）
浩瀚宇宙，中國(guó)太空生物研究一次次突破
10月31日，我國(guó)神舟二十一號(hào)飛船成功發(fā)射，跟隨三名航天員一起入駐天宮一號(hào)的還有四只可愛(ài)的小鼠——我國(guó)將首次進(jìn)行在軌實(shí)施嚙齒類哺乳動(dòng)物空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。
昨日，在中國(guó)科學(xué)院水生所，國(guó)家斑馬魚資源中心主任孫永華研究員在接受本報(bào)記者采訪時(shí)表示，這是我國(guó)太空生物研究的又一次重大突破。
浩瀚宇宙，始終是人類探索的科學(xué)高地。由于太空中獨(dú)特的環(huán)境，各國(guó)一直重視各類動(dòng)植物在太空環(huán)境中的實(shí)驗(yàn)研究。
從1946年開(kāi)始，美國(guó)、前蘇聯(lián)就將黑麥、棉花、小球藻和小狗、老鼠、果蠅、斑馬魚、猩猩等各類動(dòng)植物送入太空進(jìn)行研究，并取得一項(xiàng)項(xiàng)成果。
中華人民共和國(guó)成立后，我國(guó)也開(kāi)始加入這一行列。據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)八院603所時(shí)亞洲介紹，1966年，我國(guó)兩次用小型火箭將搭載小狗“小豹”與“珊珊”成功送入太空后順利返回，小狗安然無(wú)恙。在錢學(xué)森等科學(xué)家的支持下，我國(guó)生物探空發(fā)射試驗(yàn)在603基地展開(kāi)，相繼將小白鼠、果蠅、菌類等動(dòng)植物多次成功進(jìn)行高空往返試驗(yàn)。
改革開(kāi)放后，隨著我國(guó)國(guó)力與科技水平提升，太空動(dòng)植物試驗(yàn)加速。自1987年以來(lái)，我國(guó)已利用返回式衛(wèi)星和神舟飛船進(jìn)行了多次搭載實(shí)驗(yàn)，涉及1000多個(gè)品種的種子和生物材料，為太空動(dòng)植物研究積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。
在2016年9月15日，我國(guó)天宮二號(hào)搭載了一個(gè)微型培養(yǎng)箱，其中種植了水稻和擬南芥，成功完成了植物生長(zhǎng)全過(guò)程實(shí)驗(yàn)；2019年1月，“嫦娥四號(hào)”生物科普試驗(yàn)載荷在月球表面進(jìn)行了首次生物實(shí)驗(yàn)。搭載了棉花種子、油菜、土豆、擬南芥、酵母和果蠅等六種生物。雖然棉花種子在月球表面長(zhǎng)出了嫩芽，但最終還是因環(huán)境惡劣而枯萎死亡。
2024年4月-6月，包含4條斑馬魚和4克金魚藻的空間先進(jìn)水生生保系統(tǒng)，隨神舟十八號(hào)載人飛船成功發(fā)射升空并進(jìn)入中國(guó)空間站，在空間站穩(wěn)定存活了43天，實(shí)現(xiàn)了在軌產(chǎn)卵。
2024年11月，隨著長(zhǎng)征七號(hào)遙九運(yùn)載火箭的順利發(fā)射，我國(guó)首次將果蠅送上空間站，開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)。從斑馬魚到果蠅，兩者的共同特點(diǎn)是生命力旺盛，繁殖力強(qiáng)。
如今，小鼠也已開(kāi)啟太空之旅，開(kāi)展國(guó)內(nèi)首次在軌嚙齒類哺乳動(dòng)物空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。孫永華表示：“我國(guó)太空生命科學(xué)研究從藻類到魚類再到哺乳類，體現(xiàn)了從低等生物到高等動(dòng)物拓展的趨勢(shì)，說(shuō)明空間生命科學(xué)研究正逐步走向深入。”
中國(guó)太空生物研究閃耀湖北智慧
探索蒼穹中的動(dòng)植物，也浸透著湖北科研人的心血與智慧。
“可以說(shuō)，斑馬魚的太空實(shí)驗(yàn)為此次神舟二十一號(hào)的4只‘太空小鼠’的勇敢出征鋪墊了基礎(chǔ)。”11月1日，孫永華研究員自豪地說(shuō)：“在神舟十八號(hào)任務(wù)期間，由4尾斑馬魚與4克金魚藻組成的小型受控生態(tài)生命支持系統(tǒng)（CELSS），實(shí)現(xiàn)了我國(guó)在太空培養(yǎng)脊椎動(dòng)物的突破。該系統(tǒng)完成了斑馬魚從生長(zhǎng)發(fā)育到繁殖的長(zhǎng)期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)造了水生生態(tài)系統(tǒng)空間運(yùn)行43天的新世界紀(jì)錄。”
作為國(guó)際學(xué)術(shù)界公認(rèn)的四大模式動(dòng)物之一（另外三種為小鼠、果蠅、線蟲(chóng)），斑馬魚為何能“出征”太空？
孫永華解釋：“斑馬魚與人類基因組相似度超過(guò)80%，對(duì)探索生命科學(xué)、理解人類疾病致病機(jī)理和研發(fā)新型藥物意義重大。而且它3個(gè)月就能性成熟，一對(duì)斑馬魚可產(chǎn)幾百顆卵，它還具有體外受精、體外發(fā)育的優(yōu)勢(shì)，特別便于開(kāi)展長(zhǎng)時(shí)程的實(shí)時(shí)觀測(cè)研究。”
孫永華說(shuō)，雖然斑馬魚進(jìn)化地位比胎生哺乳動(dòng)物小鼠低，是卵生水生魚類。但繁殖快、產(chǎn)卵多、體外發(fā)育的特性讓科學(xué)家能快速觀測(cè)并搜集其在太空產(chǎn)卵的結(jié)果。神舟十八號(hào)任務(wù)中，科研人員通過(guò)產(chǎn)卵盒收集魚卵，還借助太空攝像頭全程捕捉“魚航員”行為模式，觀察到其在微重力環(huán)境下顛倒游泳、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等現(xiàn)象，為“小鼠太空員”如何在失重環(huán)境下生存和搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境提供了經(jīng)驗(yàn)。
上太空的“魚航員”也是經(jīng)過(guò)層層篩選的“佼佼者”。“我們提前在多個(gè)世代中，精心挑選每一代最強(qiáng)壯的斑馬魚。挑選時(shí)，會(huì)給待選魚施加振蕩、水壓、極限水位環(huán)境等考驗(yàn)。”孫永華稱。
據(jù)介紹，中國(guó)科學(xué)院水生所很早就參與了我國(guó)的受控生態(tài)生命支持系統(tǒng)（CELSS）研究。1968年，水生所就試驗(yàn)利用小球藻產(chǎn)氧氣供海軍在潛艇中呼吸。此后，在劉永定研究員帶領(lǐng)下，水生所取得了一系列的階段性研究成果，包括聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院8個(gè)單位研制了通用生物培養(yǎng)箱，完成了包括高等植物幼苗、藻類、小型動(dòng)物、微生物、藻類與水生動(dòng)物在內(nèi)的多次空間飛行實(shí)驗(yàn)。
但他同時(shí)表示，“斑馬魚和小鼠并非替代關(guān)系”，“按照國(guó)家的長(zhǎng)期航天規(guī)劃，我國(guó)未來(lái)要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的載人航天活動(dòng)就需要有受控生態(tài)生命支持系統(tǒng)（CELSS）的技術(shù)支撐。譬如，藻類就可以像植物一樣進(jìn)行光合作用，與航天員組成一個(gè)互補(bǔ)的氣體交換系統(tǒng)。養(yǎng)殖魚類則可以為航天員提供鮮活的動(dòng)物性蛋白營(yíng)養(yǎng)供給。”
據(jù)了解，未來(lái)1年至2年，我國(guó)還將有斑馬魚上太空的計(jì)劃，進(jìn)一步研究太空環(huán)境下胚胎發(fā)育過(guò)程中的科學(xué)問(wèn)題。從藻類到果蠅，從斑馬魚到小鼠，這些不斷“出征”的“太空使者”，不僅閃耀著湖北智慧，更將為人類在太空長(zhǎng)期生存、開(kāi)展深空探測(cè)奠定堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。
