新闻说，美宇航员基因发生永久突变，你怎么看？

这新闻是个标题党，事情并没有那么吓人，研究证明人体能在一定程度上适应太空生活，并且发生的改变大多数是可逆的。

图示：新闻主角，一对同卵双胞胎宇航员，马克·凯利（左）和斯科特·凯利（右）在2016年三月在地球上重逢。

为了人类的火星之旅，已经退役的美国宇航员斯科特重返国际空间站并在上面生存了340天，以便科学家研究长期太空生活对宇航员的基因组会造成什么影响，而他的弟弟马克则留在地面上作为他的对照。让我们向斯科特致谢，他为人类最终征服太空做出了巨大贡献。

2019年4月11号，十个研究团队合作在著名科学期刊《科学》上发表了美国宇航局（NASA)在2015年~2016年中进行的具有里程碑意义的同卵双胞胎研究成果。之所以等待了这么长时间，是因为研究团队要观察宇航员回到地面上之后，究竟能否恢复，能恢复到什么程度。研究成果揭示了人体如何适应太空环境， 并从极端的太空环境中重新恢复到地球生活状态中来的过程。

所以，你看，大众新闻往往都喜欢搞标题党！

比如什么宇航员基因发生永久不可逆突变之类。

让我来给大家详细解释一下，研究目的和研究成果吧，让大家能更全面地了解奇妙的人体是如何在一定程度上适应太空生活的。当然这并非说太空生活没有风险，恰恰相反，它当然充满风险，其中一些是已知的风险，另一些则是未知的风险，人类医学还需要为了未来的太空之旅做好准备工作，尽可能保护宇航员们的健康。

首先，为什么要选择一对同卵双胞胎来进行研究？因为太空医学家们想要进一步了解，长期太空生活中，宇航员的基因是如何响应太空环境的。

但要了解基因-环境的相互作用，真的是因环境变化引起的，而不是因为时间或别的因素引起的，那么太空生物学家就需要一个对照，这个对照最好在年龄、性别、生活经历乃至基因组都和生活在太空中的那个宇航员非常相似，如果相同就完美了。

只有这样，当太空医学家们得到两者差异的结果时，才能比较有把握的确定，所有的差异应该大多都是由于太空生活造成的，而不是因为年龄、性别、经历和先天禀赋的不同造成的。最完美的对照，毫无疑问是分身术。但我们不会分身术，那怎么办？

感谢大自然赋予了人类同卵双胞胎，同卵双胞胎在基因组上几乎百分百是相同的，他们的生活经历也常常是相似的，只要不是被分别收养。同卵双胞胎的这种特殊性，让他们成为许多重要医学研究成果的核心基石，人类从同卵双胞胎身上受益良多，让我们感谢他们的贡献和大自然的恩赐吧。

图示：心理学家和医学家们很早就意识到，同卵双胞胎是大自然帮助人类理解自身的宝贵馈赠。

而NASA恰好就有一对同卵双胞胎宇航员：斯科特和马克·凯利，给这次实验提供了很好的研究基础，当然当前仅分析了一对同卵双胞胎，从科学的角度上看，未来还需要更多的类似研究，才能真正发现变化的共性，而不是变化的个性。不过，这需要时间的积累。同卵双胞胎宇航员也不是想培养就培养得出来的，也许未来太空旅行变得更简单廉价后，科学家们才能真的获取到大量可以详细研究的数据吧，不过，这都是后话了，先让我们看看本次研究的其它条件和得到的成果吧。

基准数据为了配合这次研究，马克凯利留在地球上，给科学家们提供基准数据，斯科特则登上了国际空间站，并在那里生活了340天，近乎一年，而这也创下美国宇航员最长太空生活记录。所谓基准数据的意思是：科学家们假设，如果斯科特也留在地球上，那么发生在马克基因上的变化，也很可能近乎同样的会发生在斯科特身上。

图示：美国宇航员斯科特·凯利和俄罗斯宇航员米哈伊尔·科尔尼扬科与百日草合影，在太空培育百日草是他们的实验项目之一，这是斯科特太空生活300天的纪念照。by NASA

在同样的时间节点，收集马克凯利的血液，而斯科特则在国际空间站自己收集自己的血液和其它生物学样本并保存在冰箱中，他也在太空中使用了便携式DNA测序仪，并将测序数据发回地球，供科学家们及时研究。等他返回地面时，这些在不同时间节点收集的血液和其它生物学样本就能和呆在地面上的马克凯利的样本进行对比研究。两者的差异，就是太空生活对斯科特的影响。

基因-环境的相互作用我们的基因时时刻刻都在和环境发生交互，环境变化会影响我们的基因情况，尤其是影响基因表达的情况 ，这是生物体适应外界环境，增加生存机会的重要手段，就像瞳孔遇到强光就收缩，遇到弱光就放大，通过调节进光量，来尽可能让生物体拥有一个良好清晰的视觉，这将有助于生物体的生存。

不仅我们的身体可以因应环境的变化发生适应性变化，我们的基因组也同样会和环境发生相互作用，发生基因表达方面的适应性变化。还记得那句著名的进化论宣言吗：

适者生存

作为已经成功生存二十万年的新物种，我们身体继承了许多先辈的遗产，虽然在此之前，先辈们从来没有在太空微重力环境中长期生活过，但这并不代表我们的身体就完全无法适应微重力环境的挑战，而且不论是适应还是不适应，我们都需要进行透彻的研究，给未来更加漫长的火星之旅，预先准备好医学上的支持和帮助，这也是凡事预则立的道理，不能等到出现严重问题的时候，再去解决问题，越重要的事情，越要提前想到并研究可能出现的问题。而宇航员的长期太空生活的健康问题，当然就属于这类可以提前想到并进行研究的问题。

研究主要成果首个重要发现：长期太空生活导致端粒变长在将近一年的太空生活中，斯科特发生了许多变化，其中最值得关注的一项是他白细胞中的染色体末端端粒延长，而作为对照的马克，端粒长度在此期间并无显著变化。端粒长度可以作为衰老的一个标志，简单说端粒越长越年轻，端粒越短越老，目前还不清楚太空生活中端粒延长，是否暗示着微重力可以延缓衰老。不过，当斯科特返回地球后， 已经增长的端粒在半年后又再次缩短并恢复到和他弟弟马克相似的程度。

图示：类比一下，染色体末端具有一种特殊的保护结构，被称为端粒，它就像鞋带的末端，避免鞋带纤维散架的特殊结构。

总之，斯科特白细胞中的端粒在太空生活后出乎意料地变长，是从前没有预料到的变化，由于端粒对细胞基因组的稳定性非常重要，该研究成果让NASA决定在未来进行更多的端粒动力学研究，以确定该研究结果对于长期太空任务是否具有可重复性，这就不再需要同卵双胞胎了，只需要和宇航员自己的过去进行对比就行，因为正常情况下，端粒只会缩短不会变长，当然端粒变长不全是好事，这也会增加癌细胞的恶性程度。

图示：端粒变短和衰老同步发生，因此它成为研究衰老速度的一个关键标志。

第二个重要发现：斯科特的免疫系统在太空中做出了适当的反应。通过在太空中注射流感疫苗，并检验免疫系统对疫苗的反应证明，疫苗在太空中也有作用，可以保护宇航员的身体健康。在长期太空任务中，一个功能完备的免疫系统对于保护宇航员健康免受航天器中存在的众多微生物的威胁是至关重要的。

第三个重要发现：基因表达的确发生了许多变化

此前我们在推理太空环境会影响人类基因组中基因的表达，但这次研究不仅证实了它，还第一次进行了基因组级别上的大规模分析，关键是有一个地面的对照，让科学家对分析的结果更有信心。研究人员观察到斯科特基因表达发生了许多改变，大多数改变在斯科特回到地球上六个月后又再次改变，改变成和他呆在地面上的同卵双胞胎弟弟马克一致！这充分说明了人类基因组表达的可逆性。当然这种变化并不完整，在六个月后，依然有少数基因表达的变化没有发生改变。

这些基因的功能主要涉及免疫系统和DNA修复相关的基因，但目前还不清楚这样的变化 ，对斯科特的长期健康将造成有害还是有益的影响，或者利弊交织，又或许需要更长的时间，这些涉及免疫系统和DNA修复基因的变化才会恢复。简单来说，如果DNA修复基因的活性持续维持在较高水平，可能会有助于斯科特降低癌变发生的机会，这很可能是身体对太空中的高能辐射做出的适应性改变。但我们现在依然不清楚的是，这样的改变是因为斯科特个人的特质还是具有共性，需要进一步展开深入研究，并建立宇航员基因表达改变的个性化检测。

而新闻标题中耸人听闻的基因发生永久突变，纯属胡说八道。发生有意义变化的是基因表达的改变，涉及的是免疫系统和DNA修复系统的部分基因，并且这些变化究竟能维持多长时间现在并不知道，其次这些变化的利弊，现在同样未知，但很可能利弊皆有。至于“免疫系统和DNA修复功能”出现突变，是无法恢复的永久损伤”云云只不过是耸人听闻的传播需求。

斯科特身上发生的其它改变当然，我并不是在说，太空生活毫无健康风险。

事实上，在这340天的太空生活后，斯科特发生了颈动脉增厚，视网膜增厚，体重减轻，肠道微生物移位，认知能力降低等改变。

太空生活的已知风险实际上，太空医学家一直在对国际空间站中生活的宇航员的生理和心理进行健康研究，并且其中一些研究成果，已经用来帮助宇航员们维持健康，比如一些健身的机械等。既然谈到了这个问题，我们不如来看看长期太空生活对宇航员们的身体造成的主要风险吧。

1、失重造成的严重影响

1）失重状态中的大脑无法感知上下之别，时间长了之后，造成大脑重力相关的感官失衡，直接后果就是身体的平衡和运动协调能力都会因此下降，长时间呆在太空的宇航员们，回到地面上需要做的事情之一就是，重新学习走路。

2）不需要克服重力，下肢的血液很容易就能回流，这意味着心脏也就不需要那么努力工作就能完成任务。让心脏休息乍一看是好事儿，但肌肉这种东西，既不能过于劳累也不能过于放松，失重的影响就是让肌肉过于放松，结果导致心脏功能减退，同时血压也随之下降，可一旦重新回到有重力的地球上，对宇航员的心脏和身体就将是一个严峻的考验，就像把你现在突然送到西藏拉萨，您要适应突然降低的氧气浓度差不多。

3）同样因为没有重力的束缚，于是脊椎就被被拉伸，于是宇航员的身高会发生显著变化，这是在设计宇航服时必须考虑的因素，有些宇航员在太空中身高甚至增加了5厘米之多。实际上，为什么我们在早晨总是比在晚上高？就因为睡一夜之后，脊椎舒张，于是就会比在晚上时高1~2cm，有些人在体检前，一直躺着，就用这方法通过本来通不过的身高的指标，当然这只适合那些身高就差那么一点点的人。上一次，NASA本来想让两个女宇航员联手出舱进行太空作业，实现纯女航员组合的突破，结果其中一个女宇航员由于身高变化太大，竟至于没有合适的宇航服可穿，一时之间引发大家的笑谈，不管是在地上还是在太空中，女人最大的问题都是找不到适合自己的衣服穿。

4）没有重力对骨骼造成的压力，于是骨骼的钙质开始流失，导致宇航员骨质酥松，以至于下地后，甚至无法站立，因为那很可能会导致骨骼断裂，就像那些骨质酥松的老年人。

5）广泛性的肌肉萎缩，除心肌外，骨骼肌也会引发缺乏重力的影响，发生广泛萎缩，就像长期卧床的患者一样。

6）睡眠紊乱，睡眠紊乱可能涉及多个因素，失重和太空环境的双重影响。

2、太空辐射的影响

虽然国际空间站对高能辐射进行了多种预防措施，包括实时监测宇航员舱内的辐射水平，但潜在的高能辐射影响，依然不可能完全预防，而长时间受到高能辐射影响，可能会导致基因突变，并增加宇航员们患癌的风险

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