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你身體準備好太空旅行未?

2017/2/13 — 10:50

航海時代壞血病肆虐,疾病至少奪取了 200 萬名海員性命,後來才知問題始於海員長期缺乏維他命 C  [1]。倖存水手日誌寫過:「我的牙肉全都腐爛了,流出黑血 ... 每日我都要將刀子刺進肉中,讓黑血和膿流出。」不想重現 16 世紀的慘劇,太空人健康研究成為航天發展關鍵——身體可以承受多少改變?

不一樣的大腦

上太空前後,人體會有甚麼改變?磁力共振成像 (MRI) 提供了少量線索。 神經科學家 Rachel Seidler 的研究隊伍用 MRI 掃描 26 位太空人腦部灰質:當中 14 位在國際太空站逗留了 6 個月,另外 12 位則在太空船停留 2 星期。灰質擁有大量神經元,此類神經元跟多種功能相關。 Seidler 發現太空微重力環境生活的太空人部份區域的腦灰質量減少。她懷疑微重力下腦脊液「重新走位」,令腦部移位或壓縮。

藍色位置為灰質減少位置。Credit: Mans et al., (2016)

藍色位置為灰質減少位置。Credit: Mans et al., (2016)

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最有趣是,研究也可見識到腦部高超學習能力。太空人部份腦區灰質量不減反增,而且集中於腿部運動和感知神經。 Seilder 認為腦部極強可塑性,長時間在微重力環境生活會「改造大腦」,改善太空漂浮能力。當然,現時 Seidler 尚未清楚其中機制,而且也不肯定改變可以維持多久;但至少可令科學家慢慢了解環境改變,或者學習時腦部結構有甚麼改變。

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雙胞胎研究

要了解太空環境對人體有甚麼影響,太空人 Scott Kelly 和其弟 Mark Kelly 功不可沒。 1996 年已被挑選為太空人的 Scott,在 2012 年申請加入 NASA 的「一年計劃」。科學家會研究他和另一位俄羅斯太空人 Mikhail Korniyenko 身體在一年內的改變。兩位孖生太空人「天各一方」。大哥 Scott Kelly 在國際太空站工作了一整年,而 Mark Kelly 則留在地球。雙胞胎身體大致相同,是絕佳的研究對象。研究可排除基因問題,直接反映研究「先天」與「後天」因素對身體影響有多大。

Mark Kelly 在去年三月重返地球,並隨即接受身體檢查。經過一年多的研究, NASA 終在上月尾發表初步結果 [2]。10 多位研究人員分別分別專注不同議題:脂類水平、染色體、認知能力、骨骼、腸胃微生物、免疫系統、表觀基因和基因研究在太空航行前後和期間的改變。全部研究結果都令人大開眼界。

Scott Kelly 變得「年輕」? 腸道微生物大改變?

常聽說上太空人會比留在地面的變得更年輕。人體細胞內含有大量染色體,作用如同設計藍圖。染色體末端有稱為端體 (Telomere) 的 DNA 重復序列。生物學家一般認為端體會隨年紀增長而縮短,研究人員 Susan Bailey 發現 Scott 在太空期間的白血球細胞端體長度增加。不過科學家認為這種改變未必是因為 Scott Kelly 變得年輕;而是他在太空時做多了運動和飲食有關。當 Scott 重回地球後,端體又再縮短。

另一個有趣發現是腸道微生物改變。生物學家 Fred Turek 發現 Scott 和 Mark 消化系統的微生物體大為不同。 Turek 認為這是因為他們的飲食習慣和生活環境截然不同。Scott 腸道裡兩種微生物的比例在太空時上升了,當回到地球時,又回復到升空前水平。或代表人體和微生物在不同情況會互相影響和改變,從而適應不同生活環境。未來,太空長途航行時或者要考慮這個因素。

The world is a raft sailing through space with, potentially, plenty of provisions for everybody; the idea that we must all cooperate and see to it that everyone does his fair share of the work and gets his fair share of the provisions seems so blatantly obvious that one would say that no one could possibly fail to accept it unless he had some corrupt motive for clinging to the present system. —— George Orwell

George Orwell 將地球形容為一艘航行於宇宙的巨型太空船,人人各司其職。研究雖然是為計劃他日到天際探索做好準備,但累積的知識也與地上所有人息息有關。太空探索,以至科學研究不再是一艘木船的孤獨旅途,而是全人類的共同大冒險。


註:

  1. 水手在日誌寫到:"It rotted all my gums, which gave out a black and putrid blood. My thighs and lower legs were black and gangrenous, and I was forced to use a knife each day to cut into the flesh in order to release this black and foul blood. I also used my knife on my gums, which were livid and growing over my teeth...When I had cut away the dead flesh and caused much black blood to flow, I rinsed my mouth and my teeth with my urine, rubbing them very hard...And the unfortunate thing was that I could not eat, desiring more to swallow than chew...Many of our people died form it every day, and we saw the bodies thrown into the sea constantly, three or four times at a time. For the most part they dies without aid given to them, expiring behind some case or chest, their eyes and the soles of their feet gnawed away by rats” 可見當時慘況。

  2. 詳細數據將會陸續公佈。

來源:

Mans, V.T., Bloomberg, J.J., Mulwara A.t, & Seidler, R.D. (2016). Brain structural plasticity with spaceflight. npj microgravity, 2, 2. DOI:10.1038/s41526-016-0001-9

NASA, How Stressful Will a Trip to Mars Be on the Human Body? We Now Have a Peek Into What the NASA Twins Study Will Reveal, 31 January 2017

Phys.org, Astronauts' brains change shape during spaceflight, 1 February 2017

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