论文部分内容阅读
有一件事是人人都擅长的，那就是制造更多的人。我们是如此多产的婴儿制造者，以至于现在已有70亿人住在这个星球上。但我们的生殖能力可能很快就会受到考验。
无论是由于人口过剩、环境破坏还是仅仅为了探索，人类都会将目光投向太空，希望完成地外殖民。但鉴于整个太空普遍存在的严酷辐射，再加之低重力环境带来的挑战，在太空繁衍后代这件事，说起来容易做起来难。为此，科学家正努力解答人类能否在太空中完成正常生殖过程这一问题。
母鼠妈妈看守着一群健康幼崽。产生这些小鼠崽的精子经过冷冻，并且在太空中停留了288天。
啮齿类动物是哺乳动物，它们的解剖学、生理学和基因与我们人类相似。西北大学妇产科研究副主任特蕾莎·伍德拉夫说，小鼠与人类非常相似，在它们怀孕早期发生的任何问题都可能与人类在妊娠中出现的问题一样。其他研究人员也表示同意。
日本山梨大学高级生物技术中心主任、遗传学家若山照彦说：“因为只有哺乳动物才有胎盘，因此要了解胎盘发育在太空中的影响，我们只有通过哺乳动物试验。”在过去的十年中，他一直在研究哺乳动物（主要是小鼠）如何在太空中繁殖后代。由于引力对受精和胎儿的生长都至关重要，因此若山照彦想要探究小鼠是否可以在微重力（类似于空间站中重力水平）环境中受精。
2009年，若山照彦从小鼠身上提取出卵子和精子，然后将它们放到一个模拟微重力的装置中。他观察到精子会游向卵子，几天后，胚胎从微重力环境被移植进标准重力下的小鼠母体中。若山照彦和同事们发现，实验的结果喜忧参半：虽然有很多发育正常的幼崽诞生，但也有大量胚胎在移植后出现了发育不良的情况。与正常情况相比，微重力环境下的小鼠胚胎更难成功繁育后代。
为了验证这些情况是否会在微重力与高辐射环境下重演，若山照彦向日本宇宙航空研究开发机构提出申请，希望在国际空间站（ISS）重复上述研究。但这一次，宇航员将从活小鼠体内提取精子和卵子，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。这个计划的难度相当大，因为小鼠从未在太空成功繁殖过。但是，它们的精子却做到了。
若山照彦现在是美国国家航空航天局（NASA）“太空幼崽”项目的首席研究员，他将小鼠精子冷冻干燥并保存在室温下。2013年，三组冻干样本被送往國际空间站，他将研究在空间站上呆了不同时间后的样本的生存能力。与研究微重力作用下的受精和妊娠不同，这项工作将帮助分析空间辐射对雄性生殖细胞的影响。
若山照彦说，由于国际空间站暴露于强辐射下，这可能会导致精子 DNA 分解，改变后代的遗传物质。虽然没有太多的研究关注DNA受损的小鼠的健康状况，但是他的研究逐渐给出了答案。
进入国际空间站 9 个月后，其中一些精子显示出轻微的DNA受损迹象，但它们仍能继续产下正常、健康的幼崽。若山照彦的团队现在正在分析在国际空间站上飞行了3年的样本。他们随后将研究最后一批在太空生活了6年的样本。
如果冷冻技术成熟，若山照彦计划将冷冻的小鼠胚胎运送到国际空间站，以研究下一个问题：为什么它们不能在太空中完全发育。
小鼠可能是人类在太空中繁殖的最佳模型之一，但尽管有相似之处，它们与真正的人类还是相去甚远。
堪萨斯大学医学中心的生殖生物学家约瑟夫·塔什指出，如果没有功能完善的人类精子和卵子，我们在太空中的殖民无法长时间维系。自 1996 年以来，他一直在与 NASA 合作。直到几年前，他的研究也主要集中在太空飞行对小鼠和其他动物的影响上。但在2018年4月，他使用了一种类似若山照彦的方法，将冷冻精子送入太空——但是这次使用的是人类的精子。 这项名为“微11”的实验从12名健康、有生育能力的男性身上收集了精子。在国际空间站的一个实验室里，宇航员将冷冻的样本解冻，并将它们与一种化学混合物混合，从而诱使精子游动。从本质上说，这种混合物的化学信号欺骗了精子，让它们以为自己正朝着子卵游去。然后，宇航员用高倍显微镜拍摄精子的运动，试图了解在太空中精子是否具备让卵子受精的生理能力。
“没有激进的想法，很难在太空生存下去，即使有些想法目前看来会饱受争议。”塔什说，“当你在显微镜下观察时，精子的外观会发生各种变化。你可以看到精子使卵子受精所需要的非常特殊的头部变化。当精子接近目标时需要加快速度，而头部的细胞需要融合在一起，这样它们就有足够的力量冲破卵子。如果它们不这样做，受精就不可能实现。”
这些样本现在已经重返地球，但塔什说，还需要一年的时间来梳理它们微小的生殖活动，并确定太空的精子是否能让卵子受精。一旦“微11”计划完成，他就会直接进入下一个宇宙难题：太空中女性的生育能力。
塔什已经找到了一些担忧的理由。他研究了2010年和2011年随美国宇航局航天飞机飞行的雌性小鼠，发现它们的黄体——卵巢中负责产生性激素和培育初生胚胎的短命腺体——出现了问题。
“我们发现，在所有暴露于太空飞行12至15天的雌性小鼠体内，黄体要么完全缺失，要么仅剩余极少部分。”塔什说。这意味着进入轨道仅仅两周，就会导致潜在的生殖问题出现。
他计划2020年将活的雌性小鼠送往国际空间站，这些已经受孕的小鼠将进行一次30到37天的太空旅行。这将覆盖它们的生殖周期（从受孕到出生只需要几周时间），塔什的目标是最终找出小鼠在太空中繁殖有困难的原因。
伍德拉夫是西北地区生殖科学中心的主任，他的计划更进一步，他计划将冷冻的人类卵子和精子送入太空，看看它们是否会成功受精。
伍德拉夫和一组研究人员最近发现了“锌火花”——在受精的那一刻，锌元素的流动使得卵子出现一道闪光。作为受精的标志，锌火花可以使科学家真正看到太空中人类生命的最初阶段。
伍德拉夫和塔什将着手研究人类生殖细胞。但他们也认为，全面的太空人体试验，包括怀孕和分娩，不会在近期出现。
无论是由于人口过剩、环境破坏还是仅仅为了探索，人类都会将目光投向太空，希望完成地外殖民。但鉴于整个太空普遍存在的严酷辐射，再加之低重力环境带来的挑战，在太空繁衍后代这件事，说起来容易做起来难。为此，科学家正努力解答人类能否在太空中完成正常生殖过程这一问题。
啮齿类动物是哺乳动物，它们的解剖学、生理学和基因与我们人类相似。西北大学妇产科研究副主任特蕾莎·伍德拉夫说，小鼠与人类非常相似，在它们怀孕早期发生的任何问题都可能与人类在妊娠中出现的问题一样。其他研究人员也表示同意。
日本山梨大学高级生物技术中心主任、遗传学家若山照彦说：“因为只有哺乳动物才有胎盘，因此要了解胎盘发育在太空中的影响，我们只有通过哺乳动物试验。”在过去的十年中，他一直在研究哺乳动物（主要是小鼠）如何在太空中繁殖后代。由于引力对受精和胎儿的生长都至关重要，因此若山照彦想要探究小鼠是否可以在微重力（类似于空间站中重力水平）环境中受精。
2009年，若山照彦从小鼠身上提取出卵子和精子，然后将它们放到一个模拟微重力的装置中。他观察到精子会游向卵子，几天后，胚胎从微重力环境被移植进标准重力下的小鼠母体中。若山照彦和同事们发现，实验的结果喜忧参半：虽然有很多发育正常的幼崽诞生，但也有大量胚胎在移植后出现了发育不良的情况。与正常情况相比，微重力环境下的小鼠胚胎更难成功繁育后代。
为了验证这些情况是否会在微重力与高辐射环境下重演，若山照彦向日本宇宙航空研究开发机构提出申请，希望在国际空间站（ISS）重复上述研究。但这一次，宇航员将从活小鼠体内提取精子和卵子，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。这个计划的难度相当大，因为小鼠从未在太空成功繁殖过。但是，它们的精子却做到了。
若山照彦现在是美国国家航空航天局（NASA）“太空幼崽”项目的首席研究员，他将小鼠精子冷冻干燥并保存在室温下。2013年，三组冻干样本被送往國际空间站，他将研究在空间站上呆了不同时间后的样本的生存能力。与研究微重力作用下的受精和妊娠不同，这项工作将帮助分析空间辐射对雄性生殖细胞的影响。
若山照彦说，由于国际空间站暴露于强辐射下，这可能会导致精子 DNA 分解，改变后代的遗传物质。虽然没有太多的研究关注DNA受损的小鼠的健康状况，但是他的研究逐渐给出了答案。
进入国际空间站 9 个月后，其中一些精子显示出轻微的DNA受损迹象，但它们仍能继续产下正常、健康的幼崽。若山照彦的团队现在正在分析在国际空间站上飞行了3年的样本。他们随后将研究最后一批在太空生活了6年的样本。
如果冷冻技术成熟，若山照彦计划将冷冻的小鼠胚胎运送到国际空间站，以研究下一个问题：为什么它们不能在太空中完全发育。
从小鼠到火星人
小鼠可能是人类在太空中繁殖的最佳模型之一，但尽管有相似之处，它们与真正的人类还是相去甚远。
堪萨斯大学医学中心的生殖生物学家约瑟夫·塔什指出，如果没有功能完善的人类精子和卵子，我们在太空中的殖民无法长时间维系。自 1996 年以来，他一直在与 NASA 合作。直到几年前，他的研究也主要集中在太空飞行对小鼠和其他动物的影响上。但在2018年4月，他使用了一种类似若山照彦的方法，将冷冻精子送入太空——但是这次使用的是人类的精子。 这项名为“微11”的实验从12名健康、有生育能力的男性身上收集了精子。在国际空间站的一个实验室里，宇航员将冷冻的样本解冻，并将它们与一种化学混合物混合，从而诱使精子游动。从本质上说，这种混合物的化学信号欺骗了精子，让它们以为自己正朝着子卵游去。然后，宇航员用高倍显微镜拍摄精子的运动，试图了解在太空中精子是否具备让卵子受精的生理能力。
“没有激进的想法，很难在太空生存下去，即使有些想法目前看来会饱受争议。”塔什说，“当你在显微镜下观察时，精子的外观会发生各种变化。你可以看到精子使卵子受精所需要的非常特殊的头部变化。当精子接近目标时需要加快速度，而头部的细胞需要融合在一起，这样它们就有足够的力量冲破卵子。如果它们不这样做，受精就不可能实现。”
这些样本现在已经重返地球，但塔什说，还需要一年的时间来梳理它们微小的生殖活动，并确定太空的精子是否能让卵子受精。一旦“微11”计划完成，他就会直接进入下一个宇宙难题：太空中女性的生育能力。
塔什已经找到了一些担忧的理由。他研究了2010年和2011年随美国宇航局航天飞机飞行的雌性小鼠，发现它们的黄体——卵巢中负责产生性激素和培育初生胚胎的短命腺体——出现了问题。
“我们发现，在所有暴露于太空飞行12至15天的雌性小鼠体内，黄体要么完全缺失，要么仅剩余极少部分。”塔什说。这意味着进入轨道仅仅两周，就会导致潜在的生殖问题出现。
他计划2020年将活的雌性小鼠送往国际空间站，这些已经受孕的小鼠将进行一次30到37天的太空旅行。这将覆盖它们的生殖周期（从受孕到出生只需要几周时间），塔什的目标是最终找出小鼠在太空中繁殖有困难的原因。
伍德拉夫是西北地区生殖科学中心的主任，他的计划更进一步，他计划将冷冻的人类卵子和精子送入太空，看看它们是否会成功受精。
伍德拉夫和一组研究人员最近发现了“锌火花”——在受精的那一刻，锌元素的流动使得卵子出现一道闪光。作为受精的标志，锌火花可以使科学家真正看到太空中人类生命的最初阶段。
火星上繁殖的现实问题
伍德拉夫和塔什将着手研究人类生殖细胞。但他们也认为，全面的太空人体试验，包括怀孕和分娩，不会在近期出现。