用雙胞胎，NASA做了一次人體試驗(yàn)

Carl Zimmer

斯科特·凱利在國際空間站里生活了340天。其間，他圍繞著地球，轉(zhuǎn)了一圈又一圈，同時(shí)事無巨細(xì)地記錄下關(guān)于自己的一切——刻畫眼睛的形狀，從胳膊上抽血，儲(chǔ)存尿液，玩電腦游戲以測(cè)試記憶力和反應(yīng)速度。

在240英里（約386公里）之外的地球上，馬克·凱利也在做著同樣的測(cè)試。這位前宇航員，還有重要的一重身份，斯科特的雙胞胎兄弟。

通過兩人的數(shù)據(jù)對(duì)比，美國國家航空航天局（NASA）試圖了解太空環(huán)境對(duì)人體機(jī)能的影響——精確到分子水平。

近日，NASA的研究人員終于在報(bào)告中公布了實(shí)驗(yàn)結(jié)果：那場(chǎng)環(huán)繞地球的旅行給凱利的身體造成了大量變化。比如，部分細(xì)胞的DNA發(fā)生了變異;再比如，某種意義上說，他“返老還童”了。

斯科特回到地球后沒多久，他身體的大部分變化逐漸消失了。不過，剩下的——包括基因突變和認(rèn)知測(cè)試成績(jī)的下降，卻也讓科學(xué)家們憂心不已。

“雙胞胎實(shí)驗(yàn)”

“雙胞胎實(shí)驗(yàn)”的創(chuàng)意最早是斯科特自己提出來的。2012年，他被NASA選中，和俄羅斯宇航員米哈伊爾·科爾尼延科搭檔，去國際空間站執(zhí)行一項(xiàng)為期一年的任務(wù)。任務(wù)宣布之前，斯科特詢問NASA官員，是否有意將他和他的雙胞胎兄弟進(jìn)行對(duì)照比較。

“我們有基因上一模一樣的兩個(gè)人。”他說，“這會(huì)是個(gè)十分有趣的實(shí)驗(yàn)。”

就這樣，2015年，“雙胞胎實(shí)驗(yàn)”啟動(dòng)。

以雙胞胎作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象的好處顯而易見：只要比較兄弟二人的身體數(shù)據(jù)，斯科特在太空中經(jīng)歷的生理變化就一目了然了。正如科羅拉多州立大學(xué)的腫瘤生物學(xué)家、實(shí)驗(yàn)合作者蘇珊·貝莉博士所說，“他們是同卵雙胞胎，這在很大程度上縮小了實(shí)驗(yàn)的變量。”

換句話說，斯科特身上出現(xiàn)的全部變化，都可以認(rèn)為是由太空之旅引起的。

共有10個(gè)團(tuán)隊(duì)參與了“雙胞胎實(shí)驗(yàn)”的設(shè)計(jì)，研究人員們期待著從中獲取大量數(shù)據(jù)。但對(duì)于斯科特而言，這次太空旅行倒是與先前的歷次任務(wù)沒什么區(qū)別——比如，在失重環(huán)境中抽血就是一直以來的例行工作。“抽血的時(shí)候，血液濺出去好幾次。”他描述道，“不過你能把那些小血滴抓回來。”

科學(xué)家們最終發(fā)現(xiàn)，在很多方面，斯科特的變化與其他在國際空間站中工作半年的宇航員相仿：生物層面上的變化速度逐漸變慢，這說明，人體或許能在太空環(huán)境中達(dá)到新的平衡狀態(tài)。

不過，也有一些令人驚訝的改變，在斯科特的身體上出現(xiàn)了。

貝莉博士就發(fā)現(xiàn)，斯科特DNA上的端粒變長(zhǎng)了——那是位于染色體末端的“保護(hù)帽”，主要作用是確保染色體的完整性。而通常情況下，隨著年齡的增長(zhǎng)，端粒會(huì)不斷縮短。可斯科特的端粒偏偏反其道而行之，平均長(zhǎng)度不僅沒有減少，反而有所增加，仿佛，他的細(xì)胞正在變得越來越年輕。

定期鍛煉和健康飲食或許是原因之一。但貝莉博士提出了另一個(gè)角度的解釋：太空環(huán)境可能喚醒了斯科特體內(nèi)一部分沉睡的干細(xì)胞。換言之，并不是已有的細(xì)胞端粒變長(zhǎng)，而是他的身體制造出了一批擁有更長(zhǎng)端粒的新細(xì)胞。

被激活的基因

太空之旅似乎還改變了斯科特的基因——在他體內(nèi)，成千上萬的基因活躍度大增，且在太空中停留的時(shí)間越長(zhǎng)，被激活的基因數(shù)量就越多。相比之下，在地球上，馬克的那些基因則仍保持著安靜的狀態(tài)。

這種情況的出現(xiàn)其實(shí)情有可原：國際空間站的輻射水平高于地球表面，而部分被激活基因的主要職責(zé)，就是幫助修復(fù)受損的DNA。據(jù)康奈爾大學(xué)的遺傳學(xué)家克里斯托弗·梅森估計(jì)，在這一年的實(shí)驗(yàn)過程中，斯科特承受的輻射量是地球上平均值的48倍，他的細(xì)胞自然也就一直忙于修復(fù)輻射造成的損傷。

但另一些基因被激活的原因，可就沒有如此顯然了。這些基因在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。或許是空間站的生活壓力導(dǎo)致宇航員的免疫系統(tǒng)出現(xiàn)變化，但近期的研究表明，宇航員體內(nèi)潛伏的病毒也同時(shí)被太空喚醒;又或者，這只是免疫系統(tǒng)在面對(duì)陌生的太空環(huán)境時(shí)無所適從而已。

“這是好事還是壞事？想要知道確切的結(jié)果，我們還得在更多宇航員身上開展研究。”梅森博士如此評(píng)價(jià)。

斯科特是在2016年3月1日返回地球的。落地后，他的身體狀態(tài)緊張，免疫系統(tǒng)也處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。不過，雖然部分健康數(shù)據(jù)有些波動(dòng)，但大部分身體指標(biāo)很快就回復(fù)到執(zhí)行任務(wù)前的水平，比如腸道內(nèi)的部分細(xì)菌數(shù)量——在太空中，那些細(xì)菌繁殖非常迅速，但回到地球后又回復(fù)到正常水平。

變長(zhǎng)的端粒也消失了，在斯科特返回地球的48小時(shí)之內(nèi)。貝莉博士及其同僚們還發(fā)現(xiàn)，斯科特體內(nèi)很多細(xì)胞的端粒，甚至還短于去往太空前的水平。

“有人問我，去太空能讓人永葆青春?jiǎn)幔俊必惱虿┦空f，“我覺得不會(huì)。即使太空有這樣的魔力，你也得一直待在那兒，永遠(yuǎn)不能回到地球。”

“在流沙中掙扎”

也有一些生理指標(biāo)沒有回到任務(wù)之前的水平。回到地球6個(gè)月后，斯科特體內(nèi)仍有8.7%的基因表現(xiàn)怪異。研究人員還發(fā)現(xiàn)，斯科特似乎變“笨”了——認(rèn)知測(cè)試的分?jǐn)?shù)降低，反應(yīng)速度變慢，反應(yīng)精準(zhǔn)度也有所下降。

究其原因，可能是斯科特的身體發(fā)生了生物層面的變化。但賓夕法尼亞大學(xué)的認(rèn)知科學(xué)家馬賽厄斯·巴斯納博士指出，也不排除心理因素的影響——斯科特的專注力或許在無意之中下降了，因?yàn)椤霸谥懙哪莻€(gè)瞬間，他基本宣告退休，可能不再有動(dòng)力時(shí)刻保持良好狀態(tài)”。況且，他還不得不處理大量繁雜事務(wù)，比如接受電視采訪和發(fā)表演講。

在回憶錄《忍耐》（Endurance）中，斯科特描述了他回到地球后面臨的疼痛、睡眠問題和其他困難。他說，某天晚上，他感覺自己好像“在流沙中掙扎”。

有一次接受采訪時(shí)，斯科特說他懷疑自己遭受的種種困難正是認(rèn)知成績(jī)下降的根源。“你很難在感覺不舒服的時(shí)候集中精力。”

馬克·凱利在接受抽血檢查

而他的雙胞胎兄弟斯科特·凱利則在國際空間站里做著同樣的事（東方IC 圖）

?2016年3月2日，哈薩克斯坦Zhezkazgan，美國宇航員斯科特·凱利成功返回地球（東方IC 圖）

斯科特身上的另一個(gè)變化也引起了科學(xué)家的注意：回到地球后，許多在太空中出現(xiàn)的基因突變?nèi)匀淮嬖凇！八鼈兪窃陲w行過程中冒出來的，任務(wù)結(jié)束后，它們始終沒有消失。”梅森博士介紹。

有時(shí)候，輻射還會(huì)激發(fā)一種基因突變，使得細(xì)胞在分裂時(shí)更易發(fā)生突變。最終，這些細(xì)胞可能會(huì)以不受控制的方式生長(zhǎng)，而癌癥，或許正是這條瘋狂道路的終點(diǎn)。

英國維康桑格研究院的腫瘤生物學(xué)家皮特·坎貝爾沒有參與這場(chǎng)“雙胞胎實(shí)驗(yàn)”。在他看來，科學(xué)家們目前還無法預(yù)測(cè)，那些由太空造成的基因突變對(duì)斯科特的身體意味著什么。“很難確定具體影響，但我認(rèn)為，這個(gè)規(guī)模的基因突變可能會(huì)導(dǎo)致癌癥風(fēng)險(xiǎn)在一定程度上的提高。”

認(rèn)知水平下降和DNA突變，這兩個(gè)難以消除的變化讓許多專家憂心忡忡。他們擔(dān)心，火星之旅將更為危險(xiǎn)重重——火星任務(wù)可能長(zhǎng)達(dá)一年，而據(jù)梅森博士估計(jì)，宇航員所需承受的輻射將是斯科特的8倍。

或許正如凱克里普斯研究中心的托普爾博士所言，斯科特的太空經(jīng)歷是一個(gè)殘酷的啟示。“讀完這份基于各種客觀數(shù)據(jù)的論文，我得出一個(gè)結(jié)論：究竟為什么還有人想要去火星或者太空？這一切太嚇人了。”

相比之下，得克薩斯州西南醫(yī)學(xué)中心的細(xì)胞生物學(xué)家杰瑞·謝伊則頗為樂觀。如今，他和同事正在研發(fā)藥物，希望能刺激細(xì)胞，主動(dòng)修復(fù)受輻射損傷的DNA。他相信人們能找到保護(hù)宇航員的方法，“我覺得所有問題都有其解決之道”。

與此同時(shí)，NASA亦開始篩查實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為制定下一輪前往國際空間站的任務(wù)而做準(zhǔn)備。“下一次任務(wù)不會(huì)重復(fù)‘雙胞胎實(shí)驗(yàn)。”NASA人類研究項(xiàng)目首席科學(xué)家詹妮弗·弗格蒂說，“我們將從中吸取經(jīng)驗(yàn)，提點(diǎn)更聰明的問題。我們還會(huì)收集很多讓人著迷的數(shù)據(jù)，只不過它們意味著什么，我們暫時(shí)還搞不清楚。”

至于貝莉博士，則打算繼續(xù)研究斯科特忽長(zhǎng)忽短的端粒。若能解開這個(gè)謎題，沒準(zhǔn)能解開人類的衰老及各種老年病之謎。

“若我們能明白端粒變化的原因和機(jī)制，那將既是宇航員的福音，也是地球上普羅大眾的福祉。”