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人类能否在太空中完成正常的生殖过程

文章作者:管理一号 | 2019-07-11
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绘图:David Curtis

来历:科研圈

繁衍,是人类控制地球的途径。但当人类将目光投向太空、期望完结地外殖民,状况就有所不同了。鉴于整个太空普遍存在的严格辐射,再加之低重力环境带来的应战,在太空繁衍子孙这件事,说起来简单做起来难。为此,下面这些科学家正尽力答复,人类能否在太空中完结正常的生殖进程。

从美国航空航天局(NASA)50 多年前的双子星方案中,咱们了解到太空游览或许对人体健康有害。科学家注意到,宇航员在进入太空不到两周后,骨密度减小了 6% 左右,并呈现了肌肉萎缩的状况。这或许是太空中无处不在的国际射线导致的。国际射线的损害巨大,不只会诱发癌症等疾病,还被证明会损害 DNA 和神经系统。

太空,一个危机四伏的当地,即便是训练有素的宇航员,也会面临各种风险。那么胚胎、胎儿和重生儿,这些软弱的幼小生命又该怎么办呢?首要,咱们应该考虑的是:太空会怎么影响咱们的生殖系统?答案是不知道的,科学家们甚至都不知道女人是否能够在太空受孕。

尽管在生理学上困难重重,但研讨人员仍在企图答复这个要害的问题:怎么在太空中发明健康的婴儿?

小鼠的太空受精危机

要在太空中繁衍,每一步都不简单。

据咱们所知,没有人在太空发作过性行为。因为几乎没有引力,想要抓着你的伴侣都很困难,更甭说让功用完善的精子和卵细胞相遇,然后擦出怀孕的火花了,这需求许多细胞完美的举动。

几十年来,科学家一向致力于破解在太空中生殖的奥妙。“太空比赛”之后,为测验生物在地球之外的繁衍才干,鱼类、线虫、青蛙和蝾螈纷繁被带进太空轨迹。令人惊奇的是,它们都能繁衍健康的子孙。可是,依然有妨碍横在科学家面前。1979 年,在一颗俄罗斯卫星上,雄性和雌性大鼠在 18.5 天的使命期内发作了令人惊奇的工作:它们要么未能成功受精,要么挑选性地回绝发作性行为,这种啮齿动物的禁欲行为在地球上几乎是闻所未闻的。随后,小鼠实验的成果相同引起了广泛的注重。

啮齿动物属哺乳动物,其解剖学、生理学和基因都与咱们人类类似。西北大学生殖科学中心主任 Teresa Woodruff 说,小鼠与咱们十分像,咱们能够从它们的前期孕期中看到与人类类似的问题。对此,其他研讨者也表示同意。

“因为只要哺乳动物才有胎盘,所以只要经过哺乳动物实验,咱们才干了解太空环境对胎盘的影响。”日本山梨大学高档生物技能中心主任若山照彦说。多年来,他一向致力于研讨哺乳动物怎么在太空中繁衍。因为引力对受精和胎儿的成长都至关重要,因而若山照彦想要探求小鼠是否能够在微重力(类似于空间站中宇航员的环境)环境中受精。

2009 年,若山照彦从小鼠中提取出卵子和精子,放在一个模仿微重力的设备中。他调查到精子会游向卵子,几天后,胚胎从微重力环境被移植进规范重力下的小鼠母体中。若山照彦和搭档们发现,实验的成果并非单一的:尽管有许多发育正常的幼崽诞生,但也有许多胚胎在移植后呈现了发育不良的状况。与正常状况比较,微重力环境下的小鼠胚胎成功繁育的子孙愈加困难。

为了解这一幕会不会在高辐射与微重力并存的太空重演,若山照彦向日本国际航空研讨开发组织(JAXA)提出申请,期望在国际空间站(ISS)重复上述研讨。可是这一次,宇航员会从活体小鼠身上提取精子和卵子,然后将体外受精的胚胎移植回小鼠体内,这一切都是在微重力的条件下进行的。这个方案的难度相当大,因为小鼠从未在太空成功繁衍过。可是,他们的精子却做到了。

若山照彦现在是 NASA 的“太空幼崽”使命的课题组长,他将小鼠精子冷冻干燥,在室温下保存。三组冻干样品于 2013 年进入国际空间站,若山就能够在空间站中研讨它们的生计才干与时刻的联系。这将协助剖析国际辐射对雄性生殖细胞的影响。

因为国际空间站露出于强辐射下,这或许会导致精子 DNA 分化,改动子孙的遗传物质,若山照彦说。许多研讨都没有注重 DNA 受损的小鼠的健康状况,可是他的研讨逐步给出了答案。

进入国际空间站 9 个月后,一些精子显示出纤细的 DNA 受损痕迹,但它们仍能发生健康的幼崽。若山照彦的团队刚刚剖析了在国际空间站上保存了 3 年的样本; 最终一批在太空 6 年的样本将于本年回来地球。

发生这些小鼠崽的精子经过冷冻,并且在太空中停留了288天。图片来历:Teruhiko Wakayama/PNAS/June 6, 2017 Vol。 114 No。 23 

假如冷冻技能收效,若山照彦方案将冷冻的小鼠胚胎运到国际空间站,然后研讨下一部分问题:为什么它们不能在太空彻底发育。

从小鼠到人类

尽管许多类似之处让小鼠成为模仿人类在太空中繁衍的最佳模型之一,但小鼠实验的定论毕竟不能等同于人类。

堪萨斯大学医学中心的生殖学家 Joseph Tash 指出,假如没有功用完善的人类精子和卵子,咱们在太空中的殖民无法长时刻维系。自 1996 年以来,他一向在与 NASA 协作。直到几年前,他的研讨首要会集太空飞行对小鼠和其他动物的影响。可是在 2018 年 4 月,Tash 更进一步。他运用了类似于若山照彦的办法,将冷冻精子送入太空——但这一次,他运用的是人类的精子。

这项名为 Micro-11 的实验收集了来自 12 名健康、精力旺盛的男性的精子。在国际空间站的一个实验室里,宇航员冻结了冷冻样本,并将其与一种混合试剂混合,混合物的化学信号模仿了卵子,然后诱使精子游动。宇航员用高倍显微镜拍照了精子的运动,企图捕捉在太空中,精子是否具有让卵子受精的生理才干。

“没有急进的主意,很难在太空生计下去,即便有些主意现在看来会饱尝争议。” Tash 说。

“当你在显微镜下调查时,精子的外观会呈现各种改变,” Tash 说, “你能看到精子头部呈现特征性的改变,那是为卵子受精所预备的。”精子在挨近方针时需求取得速度,头部的细胞也需求兼并,然后具有足以打破卵子的强度。假如它们不这样做,受精是不或许完结的。

现在这些样本现已回到了地球,但 Tash 说,还需求一年的时刻来整理调查成果,并确认太空的精子能否让卵子受精。但是,当 Micro-11 方案完结,他又立马开端面临下一个国际难题:太空中女人的生育才干。

他现已找到了一些忧虑的理由。Tash 研讨了在 2010 年和 2011 年随 NASA 航天飞机游览的雌性小鼠,发现它们的黄体(卵巢中的短寿腺体,担任发生性激素和培养重生胚胎)出了问题。

“咱们发现,一切在太空飞行了 12 至 15 天的雌性小鼠,黄领会彻底缺失或仅有很少部分剩下。” Tash 说。这意味着只是两周的太空影响就会导致潜在的生殖问题。

他方案在 2020 年将活体雌性小鼠送上国际空间站。这些现已受孕的小鼠将在太空游览 30~37 天,这将掩盖它们的生殖周期。由此,研讨人员期望弄清楚小鼠在太空中繁衍困难的原因。

Woodruff 方案更进一步,将冷冻的人类卵子和精子送到太空,调查能否成功受精。这一进程需求“锌火花”的协助——在受精的那一刻,锌元素的活动使得卵子呈现一道亮光,这能够用作受精,让科学家真实看到人类生命在太空中的第一阶段。

 卵细胞周围呈现锌的亮光 

品德争议

Woodruff 和 Tash 将着手于人类生殖细胞。但他们也以为,全面的太空人体实验,包含怀孕和临产,不会在近期呈现。

波兰的热舒夫信息技能与办理大学哲学系助理教授 Konrad Szocik 以为,尽管还需求几十年的开展,咱们应该开端为太空繁衍的严格实际做好预备。在上一年宣布在 Futures 上的一篇文章中,他从科学之外的层面论述了婴儿久居火星的影响。

“咱们或许会将火星人口方案当成冷冰冰的使命、方针,” Szocik 说,“这样,个人就会融化在团体之中。而个别的自在与决议很或许不复存在,性与生殖也是相同,这好像违反了品德规范和品德直觉。”

Szocik 说,为了在一个低重力、辐射暴虐的国际中繁衍健康的子孙,基因修改、经过基因挑选性伴侣和组织性的生殖方针都不该被扫除之外。当然,即便采纳这些预防措施,婴儿依然或许天然生成就有残疾,并且火星社会纷歧定有充分条件去照料他们。

Szocik 说:“要想在太空中生计,一些急进的主意是能够有的,尽管某些主意现在看起来不那么简单被承受。”

不管是否争论不休,殖民于地球之外将会是人类前进的革命性标志。成为行星际物种的路途将充溢荆棘,咱们应该慎重地挪步,而非鲁莽行事。

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