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要说到什么是人类最擅长的,答案可能就是制造出更多的人。目前地球上的人口总数已经超过了75亿,但我们的生殖能力可能很快就会受到一种全新的考验。无论是由于人口过剩、环境破坏,还是仅仅为了探索,未来我们都会想前往并定居到太空站或其他行星上。但是考虑到太空是一个微重力、强辐射的环境,在太空中生育可能面臨很多挑战。
那么,太空环境会对人的生育产生何种影响?这些答案基本上还是未知的。事实上,科学家不知道女性是否能在太空中怀孕,更不用说生孩子了。为了寻找这些答案,科学家已经开始进行了一些初步性的实验。
先让老鼠去太空
几十年来,科学家一直在研究太空环境会对生殖产生何种影响。美苏之间太空竞赛结束后,宇航员们开始将鱼、蛔虫、青蛙和蝾螈等生物送到太空中,以测试它们在那里的生殖能力。实验结果令人喜出望外,这些动物都生育出了健康的后代。但是随后,科学家们就撞上了一堵墙。
1979年,在苏联的一颗卫星上,雄性和雌性老鼠在18.5天的任务中未能成功实现受孕。这些啮齿动物突然“禁欲”起来,这在地球上几乎是从未发生过的。这个实验以及随后一系列的老鼠实验,引起了科学家更多的关注。毕竟,不同于以前送到太空上的动物,老鼠是哺乳动物,其解剖结构、生理学和基因与我们的很相似。而且研究表明,在老鼠怀孕早期出现的任何问题都可能同样发生在我们人类身上。
日本山梨大学的遗传学家若山照彦在过去的10年里,一直在研究老鼠在太空中的生殖问题。他首先想知道的是,失重状态是否会影响老鼠的生殖能力。
2009年,若山照彦从老鼠身上提取了精子和卵子,然后将它们放在一个模拟失重的装置中,并观测到精子与卵子成功结合成了受精卵。这些受精卵发育为胚胎后,他将这些胚胎在正常重力的环境下植入雌性老鼠体内,结果却是喜忧参半:虽有许多正常、健康的幼崽出生了,但也有许多胚胎在植入后没有正常发育。这表明,失重环境的确会影响老鼠的生殖能力。
若山照彦还曾向日本航天局提出在国际空间站重复这项实验的建议,但该计划被认为实现起来有点难,所以泡汤了。不过,老鼠的精子却成功地去了太空。
若山照彦和他的同事把一些老鼠的精子进行了冷冻干燥处理,其中三批冷冻干燥的精子样品于2013年送到了国际空间站,每个样品在空间站上的停留时间都不相同。在国际空间站呆了9个月后的一份样品中,若山照彦发现,因太空中的辐射,一些精子出现了轻微的DNA损伤迹象,但它们与正常的卵子结合后,仍可以继续发育为健康的幼崽。目前,他们正在分析在国际空间站呆了3年和6年的样品,并计划在未来,把冷冻的老鼠胚胎运到国际空間站,去研究太空环境对胚胎发育的影响。
美国堪萨斯大学的生殖生物学家约瑟夫·塔什还研究了2010年和2011年搭乘过航天飞机的雌性老鼠。他发现它们身体内的黄体都出现了问题。黄体是卵巢中的临时性腺体,其基本功能是合成和分泌孕酮,这种激素可使子宫为妊娠做好准备。他发现在所有进行12到15天的太空飞行的雌性老鼠中,黄体要么完全不存在,要么非常少,这意味着在太空生活两周后,它们的生殖系统就可能会出现问题。2020年,他计划把刚怀孕的雌性老鼠送到国际空间站,为期30到37天,来检查它们怀孕时的各项生理活动,并弄清老鼠在太空生殖会面临何种困难。
从老鼠到人的生殖细胞
老鼠尽管与人类有相似之处,但它们与真正的人类还是相差甚远。于是,在2018年4月,塔什将冷冻精子发射到太空中,但这次,这些精子取自12名健康的、有生育能力的男性。
在国际空间站的一个实验室里,宇航员解冻了冷冻的精子样本,并将它们置于一种化学混合溶剂中,刺激精子开始游泳。从本质上讲,溶剂中的化学物质会诱使精子认为它们正朝着一个卵子游动。然后,宇航员们用一个高倍显微镜拍摄了这些精子的活动,来观测这些精子是否具有能力在太空中完成受精。
塔什解释说,精子在游向卵子时,其外观会发生一系列的变化,尤其是在它接近卵子的时候。在那个时候,它们头部的细胞需要聚合在一起,这样它们才有足够的力量突破卵子细胞。这些样本现在已经回到地球上,但塔什说,他还需一年的时间去分析。
美国西北大学的医疗研究员特丽萨·伍德拉夫,正在规划在太空进行对人类胚胎的研究。如果能找到资金,她就计划把冷冻的人类精子和卵子送到太空,看看它们是否能成功受精。卵子是否成功受精,其实很容易判断。伍德拉夫和一组研究人员最近发现了,在卵子受精的瞬间,细胞内的锌元素会发出闪光,检测到这种“锌火花”,我们就可以认为卵子成功受精了。
挑战传统的太空社会
塔什和伍德拉夫已经开始研究太空中人类生殖细胞的表现。然而,完整的实验还应该检测人在太空中的怀孕和分娩过程,但这些实验可能会带来一些争议。
然而,波兰热舒夫信息技术与管理大学的哲学助理教授康拉德·斯佐西克认为,这些实验的争议其实不算什么,因为未来的太空社会可能会存在很多挑战传统的政策。
例如,未来的太空社会将可能会实施极为严格的计划生育。我们可能还会采用诸如对受精卵进行基因编辑、对性伴侣进行基因预选等手段。当然,即使有了这些预防手段,婴儿仍可能天生残疾,而且由于资源有限,太空社会可能无法照顾他们,所以堕胎以及放弃治疗婴儿的现象更为常见。
不管怎样,在地球以外建立一个定居点,将标志着人类文明迈出了革命性的一步。让人类文明走向太空的道路会是一条艰辛的道路,在这条路上,我们需要做到的是谨慎地前行,一步步做好各项实验,而不是鲁莽行事。