飛向太空的斑馬魚

隨著神舟十八號載人飛船發(fā)射并與空間站成功對接，跟隨乘組一同進(jìn)入太空的斑馬魚引起了大家的關(guān)注。那么，斑馬魚究竟是一種什么魚呢？它為何有幸成為我國首次“太空養(yǎng)魚”的主角？

斑馬魚是什么魚？

斑馬魚是鯉形目鯉科的魚類，它的野生種群主要分布于印度、孟加拉國、尼泊爾等地的溪流之中。斑馬魚因體側(cè)具有數(shù)條延伸至尾部的水平藍(lán)色條紋類似斑馬而得名，成年個(gè)體體長在3厘米左右，壽命3年左右。

斑馬魚是集群生活的，群體內(nèi)的個(gè)體通過相互撕咬和追逐確定社會等級，因此它被認(rèn)為是一種社會性魚類。

在野生環(huán)境下，斑馬魚一般在白天外出活動，以小型甲殼動物、蠕蟲、藻類為食。到了晚上，斑馬魚會躲藏在相對安全的礁石下或水草叢等地方。

斑馬魚的頭小而稍尖，吻較短，體型略呈紡錘形。人僅憑肉眼就可以分辨它的性別，雄魚全身是深藍(lán)色條紋間檸檬色條紋，臀鰭為棕黃色并有明顯的條紋；雌魚全身是藍(lán)色條紋間銀灰色條紋，臀鰭為淡黃色。

自從20世紀(jì)50年代，斑馬魚作為實(shí)驗(yàn)動物被用于毒理學(xué)研究，并取得一系列成績后，它就陸續(xù)被應(yīng)用到生命科學(xué)、健康科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的研究中，到現(xiàn)在已經(jīng)成為僅次于大鼠和小鼠的第三大實(shí)驗(yàn)動物，也是一種常用的模式動物。模式動物是實(shí)驗(yàn)動物中的一種，用于揭示某種具有普遍規(guī)律生命現(xiàn)象的生物物種，又被稱為“活的試劑”。目前，科學(xué)家使用的模式動物有嚙齒類、非人靈長類、豬類、兔類、犬類、斑馬魚等類型。

作為脊椎動物的一員，斑馬魚還擁有其他脊椎動物少有的超強(qiáng)自愈再生能力。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人們把斑馬魚的尾鰭切除后，其切口處會被上皮細(xì)胞封閉，隨后上皮細(xì)胞增厚，間質(zhì)細(xì)胞也開始分化增殖，并逐漸形成胚基，僅用2周的時(shí)間就可以迅速再生出完整的尾鰭。另外，斑馬魚的心臟、肝臟、皮膚、脊髓、視網(wǎng)膜神經(jīng)等都可以再生。

為什么選擇斑馬魚？

1957年11月，一條名叫“萊卡”的流浪狗搭乘蘇聯(lián)史普尼克2號人造衛(wèi)星進(jìn)入太空。因此，萊卡成為著名的太空犬，蘇聯(lián)為它發(fā)行過郵票，俄羅斯給它建立了紀(jì)念碑。

然而，萊卡并不是第一種進(jìn)入太空的動物。第一種進(jìn)入太空的動物是1946年7月被美國“V2火箭”送進(jìn)太空用于研究高空輻射造成的影響的果蠅。

那么，科學(xué)家為何選擇斑馬魚作為“養(yǎng)殖”的對象呢？

“太空養(yǎng)魚”應(yīng)該叫在軌水生生態(tài)研究項(xiàng)目，它是中國空間站從征集到的近千個(gè)科學(xué)項(xiàng)目中遴選出的項(xiàng)目之一，主要內(nèi)容就是以斑馬魚和金魚藻為研究對象，在軌建立穩(wěn)定運(yùn)行的空間自循環(huán)水生生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)我國在太空培養(yǎng)脊椎動物的突破。

研究發(fā)現(xiàn)，斑馬魚的基因與人類基因相似度非常高，其早期胚胎發(fā)育過程跟人類高度相似。這也是斑馬魚成為主要實(shí)驗(yàn)動物的原因之一。同時(shí)，斑馬魚與哺乳動物各項(xiàng)機(jī)能的相似度很高，它們也有骨骼肌肉，可以進(jìn)行微重力對肌肉、骨骼系統(tǒng)影響的研究，非常符合神舟十八號載人飛船的任務(wù)目標(biāo)。

不僅如此，斑馬魚的個(gè)體很小，繁殖力又很強(qiáng)。神舟十八號載人飛船的航天員預(yù)計(jì)在軌6個(gè)月，在此期間，斑馬魚不但能夠繁殖數(shù)次，而且產(chǎn)卵量很高，胚胎僅需24小時(shí)便可發(fā)育成熟，因此斑馬魚有利于科學(xué)家展開研究。同時(shí)，我國實(shí)驗(yàn)用斑馬魚的繁殖、培育技術(shù)都很成熟，世界三大斑馬魚資源庫之一就在中國科學(xué)院水生生物研究所。

正因?yàn)槿绱耍唏R魚才會是迄今為止，我國空間站除了航天員之外，迎來的第一種脊椎動物。

航天員在太空如何養(yǎng)魚？

要想實(shí)現(xiàn)“太空養(yǎng)魚”非常不容易。在空間站的微重力條件下，水會“漂”走，同時(shí)斑馬魚游動時(shí)擺動魚鰭也會將周圍的水“推開”。因此，在太空飼養(yǎng)斑馬魚必須有一個(gè)完全密閉的魚缸，以及給魚投食、輸氧、給水藻提供照明的保障系統(tǒng)。

要把裝滿水的密閉的魚缸以及里面的斑馬魚和金魚藻送上太空也并非易事。科學(xué)家要保證它們在發(fā)射過程中仍然生龍活虎，才能進(jìn)行下一步的實(shí)驗(yàn)。科學(xué)家將特制“太空魚缸”，它會被安裝在神舟十八號載人飛船的上行水生支持裝置內(nèi)。

上行水生支持裝置會為“太空魚缸”提供適宜的溫度、LED光源，以滿足其內(nèi)的金魚藻進(jìn)行光合作用。光合作用產(chǎn)生的氧氣又能維持水生生態(tài)系統(tǒng)的氧含量平衡，滿足斑馬魚的需求。

神舟十八號載人飛船入軌并和空間站對接之后，航天員會將“太空魚缸”轉(zhuǎn)移到問天實(shí)驗(yàn)艙的生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜中的小型受控生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，開展一系列在軌實(shí)驗(yàn)。各種實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)會記錄下這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)生的關(guān)鍵參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳回地面。

在長達(dá)半年的在軌飛行過程中，“太空魚缸”里面的1升多水、4條斑馬魚、一些金魚藻和微生物，大致能夠形成一個(gè)自給自足的生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。在這個(gè)生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)中，斑馬魚相當(dāng)于的“消費(fèi)者”，吃進(jìn)食物，排泄糞便，并呼出二氧化碳。金魚藻相當(dāng)于“生產(chǎn)者”，它吸收斑馬魚排出的二氧化碳，并產(chǎn)生氧氣。微生物相當(dāng)于“分解者”，分解斑馬魚排出的糞便，并為金魚藻提供營養(yǎng)物質(zhì)。

如果在空間站駐留期間斑馬魚產(chǎn)卵，科學(xué)家還會將這些魚卵收集并儲存起來。等航天員結(jié)束任務(wù)返回地面時(shí)，一并將它們帶回地面，以供科學(xué)家進(jìn)行研究。

在此之前，航天員就進(jìn)行過“太空養(yǎng)蠶”實(shí)驗(yàn)，目的是驗(yàn)證在微重力環(huán)境下，蠶吐出的絲的纖維強(qiáng)度、纖維韌性及纖維粗細(xì)等數(shù)據(jù)。

那么，我們大費(fèi)周章地進(jìn)行“太空養(yǎng)魚”的目的又是什么呢？“太空養(yǎng)魚”選擇的是鯉科的小型魚類斑馬魚，顯然水產(chǎn)養(yǎng)殖不是真正目的。據(jù)相關(guān)科學(xué)家介紹，“太空養(yǎng)魚”是為了更好地了解生物在微重力環(huán)境下的生長機(jī)理，更加深入地探索生物在太空中的適應(yīng)性和生長規(guī)律。這項(xiàng)研究將對人類更長時(shí)間在太空駐留，建立更完善的生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)和生命支持系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。