中國空間站讓宇宙中的“科技寶藏”觸手可及

浩瀚無瑯的宇宙中繁星閃爍，中國空間站是其中那顆璀璨的明珠，綻放著耀眼的科技之光。

空間科學是充滿新發(fā)現(xiàn)機遇、探索重要科學規(guī)律、獲得顯著應用效益的突破口。因具備長期微重力、宇宙輻射等特殊環(huán)境，以及航天員參與、天地往返運輸?shù)忍厥鈨?yōu)勢，中國空間站成為諸學科解決重要科學與應用問題的獨特有效途徑，也是開展突破性空間新技術試驗的重要平臺。

2025年4月30日，神舟十九號載人飛船返回艙在東風著陸場成功著陸，3名航天員結束任務，安全回家。他們在這間特殊的實驗室中在軌工作和生活了183天，這趟“太空出差”之旅完成了大量空間科學實驗和試驗任務。

那么，自建成以來，“高大上”的中國空間站到底都做了什么？取得了哪些成果？

1.2升的生態(tài)系統(tǒng)開啟太空水生生命新探索

“那些可愛的斑馬魚除了完成它們的使命任務，還充當了我們的小團寵，是我們重要的心靈寄托。\"2025年1月8日，在神舟十八號航天員乘組太空歸來后的記者見面會上，航天員李廣蘇回憶起進駐空間站當天首次見到斑馬魚的情景，“它們不怎么動，形態(tài)各異地停在原地，過了幾天發(fā)現(xiàn)它們明顯活潑了，并且可以很好地控制自己游到想去的地方，看來它們也需要適應太空環(huán)境。”

因基因與人類基因相似度高且體形小、繁殖快、發(fā)育周期短，斑馬魚堪稱“水中小白鼠”。

2024年4月25日，2雌2雄共4尾斑馬魚“搭乘”神舟十八號入駐中國空間站，這也是中國空間站除了航天員以外迎來的首種脊椎動物“居民”。

它們與4克金魚藻一起組成了一個1.2升的小型水生生態(tài)系統(tǒng)，人駐問天艙生命生態(tài)柜。這個裝置巧妙地被一塊擋板隔開，一側(cè)是700毫升魚室，另一側(cè)是500毫升植物培養(yǎng)間，擋板上密布的小孔使水中成分在兩者間自由流通。其間，水生支持裝置為金魚藻提供了發(fā)光二極管光源，支持金魚藻正常進行光合作用，確保這個生態(tài)系統(tǒng)的氧含量能滿足斑馬魚的生存需求。

值得一提的是，這套裝置還配備了整套直播系統(tǒng)，地面的科研人員能實時看到斑馬魚和金魚藻的狀態(tài)，并詳細了解水中各項環(huán)境指標的變化。“這個實驗原計劃運行30天，最終實際成功運行了43天，超出了預期目標。”中國科學院水生生物研究所研究員王高鴻介紹，通過天地對比發(fā)現(xiàn)，斑馬魚在軌出現(xiàn)背腹面顛倒游泳、旋轉(zhuǎn)運動、轉(zhuǎn)圈等空間運動行為異常現(xiàn)象。

實驗期間，斑馬魚在空間站成功繁殖產(chǎn)卵，航天員進行了3次水樣樣品采集、1次魚食更換以及1次魚卵收集等操作，并在實驗結束后對斑馬魚進行了無害化固定和處理。2024年11月4日，“太空養(yǎng)魚\"的回收水樣、魚卵等樣品跟隨神舟十八號航天員乘組返回地球。

“這項實驗實現(xiàn)了中國在太空培養(yǎng)脊椎動物的突破，創(chuàng)造了國際上空間水生生態(tài)系統(tǒng)在軌運行時間最長的紀錄，為空間密閉生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)研究提供理論支撐。”王高鴻滿懷憧憬地表示，這為后續(xù)利用斑馬魚作為脊椎動物模式生物，開展全面系統(tǒng)的空間生物學理論研究和空間水產(chǎn)開發(fā)提供了重要平臺。

目前，王高鴻團隊正在對樣品水化學和微生物宏基因組進行研究，分析空間環(huán)境下水生生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)與微生物演替的相關機制。“未來我們將充分利用現(xiàn)有水生生保系統(tǒng)平臺，聯(lián)合我國的斑馬魚研究團隊開展太空環(huán)境下斑馬魚配子發(fā)生與跨代遺傳、骨丟失、肌肉萎縮、內(nèi)分泌紊亂、免疫和營養(yǎng)代謝等研究。”王高鴻說。

“太空水稻”豐收 有效支撐未來載人深空探測

水稻是人類主要的糧食作物之一，也是未來載人深空探測生命支持系統(tǒng)的主要候選糧食作物。重力是地球上決定生命空間秩序的關鍵因素。而開花，是植物結出新一代種子的前提。水稻的種子，進入太空環(huán)境，能正常萌發(fā)、生長、開花，進而結出種子嗎？

答案是可行的。

2024年金秋時節(jié)，中國大地上一片特殊的稻田引人注目，田里種植的水稻種子是空間站返回的第三代種子。2022年，在中國空間站進行的為期120天的水稻實驗，首次在軌完成水稻“從種子到種子”全生命周期培養(yǎng)。種子交還到科學家手中，又在田里獲得了豐收。

“天上回來的那些種子，葡萄糖、果糖的含量比地面種子高出5至6倍，蛋白質(zhì)含量也更豐富，煮完后吃起來應該很甜。”早在2002年，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心（以下簡稱“分子植物卓越中心”）研究員鄭慧瓊課題組就試圖解答“微重力條件下，不同光周期途徑如何調(diào)控開花\"這一問題。從神舟四號到實踐八號，一直到空間站，該團隊開展了從空間細胞融合到模式植物全生命周期培養(yǎng)的系列實驗。

在我國空間站生命科學項目中，鄭慧瓊帶領的研究團隊承擔了“微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機理”項目。鄭慧瓊介紹，從2022年7月29日注入營養(yǎng)液啟動實驗，至11月25日結束實驗，“微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機理”項目共開展在軌實驗120天，完成了擬南芥和水稻種子萌發(fā)、幼苗生長、開花結籽全生命周期的培養(yǎng)實驗。

團隊成員、分子植物卓越中心實驗師王麗華介紹，團隊以模式植物擬南芥和水稻為主要研究對象，聚焦三個研究方向：分析比較微重力在植物開花過程中的作用；揭示微重力調(diào)控植物開花的分子基礎與關鍵基因的表達變化；解析長期空間微重力條件下，植物開花基因表達的調(diào)控網(wǎng)絡機制在植物對空間環(huán)境適應性中的作用機理。

在“微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機理\"實驗項目中，科研人員巧妙利用在軌實時圖像和返回的擬南芥實驗材料，獲得了不同開花時間擬南芥響應微重力的生長發(fā)育表型數(shù)據(jù)及天地比對轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。“這些數(shù)據(jù)為深入解析植物通過調(diào)整開花時間適應空間微重力的分子機理提供了全新視角，也為利用相關的轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件人為控制空間植物的開花時間、培育具有較強空間環(huán)境適應能力的植物提供了新路徑。”王麗華說。

如今，從空間站返回地球的水稻種子經(jīng)大田繁殖，已獲得第三代種子。研究團隊還首次在空間微重力條件下完成了水稻再生，獲得了有活力的再生稻種子。“這為未來空間生命生態(tài)生保系統(tǒng)利用水稻進行糧食生產(chǎn)開辟了新思路。”王麗華欣喜地說。

解密對抗失重影響 造福人類生命健康

在探索太空的征程中，航天員的身體將經(jīng)歷一系列變化一骨丟失、肌萎縮、心血管功能下降、免疫功能下降等。為什么失重會導致如此廣泛的生理影響？科學家們開展了哪些助力航天員對抗這些變化的研究？

“針對失重環(huán)境導致的骨丟失問題，我們在國際上首次分析了長期飛行航天員骨代謝影響糖脂代謝的規(guī)律及機制，發(fā)現(xiàn)長期飛行降低鈣磷代謝調(diào)節(jié)能力，減弱骨形成，促進部分骨吸收活性。”中國航天員科研訓練中心航天員系統(tǒng)副總設計師李瑩輝介紹，我國研發(fā)的“骨丟失對抗儀”通過對小腿的脛骨施加短時、高頻、低幅力刺激，促進成骨細胞活性并抑制骨丟失。“這項技術經(jīng)5次長期飛行實驗驗證，從神十八任務開始應用于航天員失重生理效應防護，對地面老年骨質(zhì)疏松癥的輔助治療也有良好應用前景。”

值得關注的是，中醫(yī)的\"整體觀”和“平衡調(diào)節(jié)”理念，與長期失重飛行對身體健康的廣泛影響十分契合。科學家們利用在軌中醫(yī)四診儀數(shù)字化信息，建立“在軌飛行人體面色、舌象、脈象分析\"技術，發(fā)現(xiàn)了長期飛行陰陽平衡基礎上的8種中醫(yī)證型。研發(fā)的穿戴式、便攜式穴位刺激裝置，已完成了6次飛行任務中的健康調(diào)理研究驗證，其中“穿戴式穴位刺激服”從神十八任務開始應用于航天員生理效應防護。該成果可應用于極地科考、航海、潛艇等，對地面心血管、衰老退行性疾病的輔助治療也有良好應用前景。

圍繞失重性骨丟失、肌萎縮、心血管機能紊亂等長期飛行三大失重生理效應，航天醫(yī)學實驗領域開展了空間細胞學實驗探索性研究，取得多項國際前沿創(chuàng)新成果。

在長期飛行骨肌問題細胞學研究方面，科研人員首次發(fā)現(xiàn)骨骼肌衛(wèi)星細胞分化障礙是導致長期飛行肌萎縮的重要原因，為空間肌萎縮、老年肌少癥、杜氏肌營養(yǎng)不良癥等防治提供新的治療思路。在失重心血管功能障礙方面，完成我國首例“太空器官芯片”研制與在軌應用，也是國際上首例空間血管器官芯片，標志著我國已具備在軌開展器官芯片研究的能力，實現(xiàn)了空間醫(yī)學實驗從2D細胞到3D組織器官的提升，相關成果入選“2023年度中國生命科學領域十大進展”。

“我們的目標是，圍繞人類太空長期生存面臨的航天醫(yī)學問題，面向國家發(fā)展戰(zhàn)略和國民健康，系統(tǒng)開展基礎性、前瞻性、探知性空間實驗研究，產(chǎn)出一批有影響力的原創(chuàng)性研究成果，豐富航天醫(yī)學理論，發(fā)展航天醫(yī)學新技術，支撐載人航天持續(xù)發(fā)展，推動國家相關科技發(fā)展戰(zhàn)略，惠及國計民生和大眾健康。\"李瑩輝對未來充滿期待。

這些在太空進行的實驗，既觀照地面，也將目光投向更遠的宇宙。當人類仰望星空，那劃過天際的中國空間站身影，承載著無數(shù)的夢想與希望，正書寫著屬于中國乃至全人類的壯麗詩篇。

（源自《光明日報》）

責編：黃舉鑫（見習）