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太空中的性行爲,能讓人類繁衍後代嗎?

http://finance.sina.com   2019年07月10日 17:34   北京新浪網

繪圖:David Curtis繪圖:David Curtis

  來源:科研圈

  繁衍,是人類統治地球的途徑。但當人類將目光投向太空、希望完成地外殖民,情況就有所不同了。鑑於整個太空普遍存在的嚴酷輻射,再加之低重力環境帶來的挑戰,在太空繁衍後代這件事,說起來容易做起來難。爲此,下面這些科學家正努力解答,人類能否在太空中完成正常的生殖過程。

  從美國航空航天局(NASA)50 多年前的雙子星計劃中,我們瞭解到太空旅行可能對人體健康有害。科學家注意到,宇航員在進入太空不到兩週後,骨密度減小了 6% 左右,並出現了肌肉萎縮的情況。這或許是太空中無處不在的宇宙射線導致的。宇宙射線的危害巨大,不僅會誘發癌症等疾病,還被證明會損傷 DNA 和神經系統。

  太空,一個危機四伏的地方,即使是訓練有素的宇航員,也會面臨各種危險。那麼胚胎、胎兒和新生兒,這些脆弱的幼小生命又該怎麼辦呢?首先,我們應該考慮的是:太空會如何影響我們的生殖系統?答案是未知的,科學家們甚至都不知道女性是否可以在太空受孕。

  雖然在生理學上困難重重,但研究人員仍在試圖回答這個關鍵的問題:如何在太空中創造健康的嬰兒?

  小鼠的太空受精危機

  要在太空中繁殖,每一步都不容易。

  據我們所知,沒有人在太空發生過性行爲。因爲幾乎沒有引力,想要抓着你的伴侶都很困難,更別說讓功能完善的精子和卵細胞相遇,然後擦出懷孕的火花了,這需要大量細胞完美的行動。

  幾十年來,科學家一直致力於破解在太空中生殖的奧祕。“太空競賽”之後,爲測試生物在地球之外的繁殖能力,魚類、線蟲、青蛙和蠑螈紛紛被帶進太空軌道。令人驚訝的是,它們都能繁殖健康的後代。但是,仍然有障礙橫在科學家面前。1979 年,在一顆俄羅斯衛星上,雄性和雌性大鼠在 18.5 天的任務期內發生了令人驚訝的事情:它們要麼未能成功受精,要麼選擇性地拒絕發生性行爲,這種齧齒動物的禁慾行爲在地球上幾乎是聞所未聞的。隨後,小鼠試驗的結果同樣引起了廣泛的關注。

  齧齒動物屬哺乳動物,其解剖學、生理學和基因都與我們人類相似。西北大學生殖科學中心主任 Teresa Woodruff 說,小鼠與我們非常像,我們可以從它們的早期孕期中看到與人類相似的問題。對此,其他研究者也表示同意。

  “因爲只有哺乳動物纔有胎盤,所以只有通過哺乳動物試驗,我們才能瞭解太空環境對胎盤的影響。”日本山梨大學高級生物技術中心主任若山照彥說。多年來,他一直致力於研究哺乳動物如何在太空中繁殖。由於引力對受精和胎兒的生長都至關重要,因此若山照彥想要探究小鼠是否可以在微重力(類似於空間站中宇航員的環境)環境中受精。

  2009 年,若山照彥從小鼠中提取出卵子和精子,放在一個模擬微重力的裝置中。他觀察到精子會遊向卵子,幾天後,胚胎從微重力環境被移植進標準重力下的小鼠母體中。若山照彥和同事們發現,實驗的結果並非單一的:雖然有很多發育正常的幼崽誕生,但也有大量胚胎在移植後出現了發育不良的情況。與正常情況相比,微重力環境下的小鼠胚胎成功繁育的後代更加困難。

  爲了解這一幕會不會在高輻射與微重力並存的太空重演,若山照彥向日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)提出申請,希望在國際空間站(ISS)重複上述研究。但是這一次,宇航員會從活體小鼠身上提取精子和卵子,然後將體外受精的胚胎移植回小鼠體內,這一切都是在微重力的條件下進行的。這個計劃的難度相當大,因爲小鼠從未在太空成功繁殖過。但是,他們的精子卻做到了。

  若山照彥現在是 NASA 的“太空幼崽”任務的課題組長,他將小鼠精子冷凍乾燥,在室溫下保存。三組凍幹樣品於 2013 年進入國際空間站,若山就可以在空間站中研究它們的生存能力與時間的關係。這將幫助分析宇宙輻射對雄性生殖細胞的影響。

  由於國際空間站暴露於強輻射下,這可能會導致精子 DNA 分解,改變後代的遺傳物質,若山照彥說。許多研究都沒有重視 DNA 受損的小鼠的健康狀況,但是他的研究逐漸給出了答案。

  進入國際空間站 9 個月後,一些精子顯示出細微的 DNA 受損跡象,但它們仍能產生健康的幼崽。若山照彥的團隊剛剛分析了在國際空間站上保存了 3 年的樣本; 最後一批在太空 6 年的樣本將於今年返回地球。

  產生這些小鼠崽的精子經過冷凍,並且在太空中停留了288天。圖片來源:Teruhiko Wakayama/PNAS/June 6, 2017 Vol。 114 No。 23  產生這些小鼠崽的精子經過冷凍,並且在太空中停留了288天。圖片來源:Teruhiko Wakayama/PNAS/June 6, 2017 Vol。 114 No。 23

  如果冷凍技術生效,若山照彥計劃將冷凍的小鼠胚胎運到國際空間站,然後研究下一部分問題:爲什麼它們不能在太空完全發育。

  從小鼠到人類

  儘管諸多相似之處讓小鼠成爲模擬人類在太空中繁殖的最佳模型之一,但小鼠試驗的結論終究不能等同於人類。

  堪薩斯大學醫學中心的生殖學家 Joseph Tash 指出,如果沒有功能完善的人類精子和卵子,我們在太空中的殖民無法長時間維繫。自 1996 年以來,他一直在與 NASA 合作。直到幾年前,他的研究主要集中太空飛行對小鼠和其他動物的影響。但是在 2018 年 4 月,Tash 更進一步。他使用了類似於若山照彥的方法,將冷凍精子送入太空——但這一次,他使用的是人類的精子。

  這項名爲 Micro-11 的實驗收集了來自 12 名健康、精力旺盛的男性的精子。在國際空間站的一個實驗室裏,宇航員解凍了冷凍樣本,並將其與一種混合試劑混合,混合物的化學信號模擬了卵子,從而誘使精子游動。宇航員用高倍顯微鏡拍攝了精子的運動,試圖捕捉在太空中,精子是否具備讓卵子受精的生理能力。

  “沒有激進的想法,很難在太空生存下去,即使有些想法目前看來會飽受爭議。” Tash 說。

  “當你在顯微鏡下觀察時,精子的外觀會出現各種變化,” Tash 說, “你能看到精子頭部出現特徵性的變化,那是爲卵子受精所準備的。”精子在接近目標時需要獲得速度,頭部的細胞也需要合併,從而擁有足以突破卵子的強度。如果它們不這樣做,受精是不可能完成的。

  現在這些樣本已經回到了地球,但 Tash 說,還需要一年的時間來梳理觀察結果,並確定太空的精子能否讓卵子受精。然而,當 Micro-11 計劃完成,他又立馬開始面對下一個宇宙難題:太空中女性的生育能力。

  他已經找到了一些擔心的理由。Tash 研究了在 2010 年和 2011 年隨 NASA 航天飛機旅行的雌性小鼠,發現它們的黃體(卵巢中的短命腺體,負責產生性激素和培育新生胚胎)出了問題。

  “我們發現,所有在太空飛行了 12 至 15 天的雌性小鼠,黃體會完全缺失或僅有極少部分剩餘。” Tash 說。這意味着僅僅兩週的太空影響就會導致潛在的生殖問題。

  他計劃在 2020 年將活體雌性小鼠送上國際空間站。這些已經受孕的小鼠將在太空旅行 30~37 天,這將覆蓋它們的生殖週期。由此,研究人員希望弄清楚小鼠在太空中繁殖困難的原因。

  Woodruff 計劃更進一步,將冷凍的人類卵子和精子送到太空,觀察能否成功受精。這一過程需要“鋅火花”的幫助——在受精的那一刻,鋅元素的流動使得卵子出現一道閃光,這可以用作受精,讓科學家真正看到人類生命在太空中的第一階段。

 卵細胞周圍出現鋅的閃光 卵細胞周圍出現鋅的閃光

  倫理爭議

  Woodruff 和 Tash 將着手於人類生殖細胞。但他們也認爲,全面的太空人體試驗,包括懷孕和分娩,不會在近期出現。

  波蘭的熱舒夫信息技術與管理大學哲學系助理教授 Konrad Szocik 認爲,儘管還需要幾十年的發展,我們應該開始爲太空繁殖的嚴酷現實做好準備。在去年發表在 Futures 上的一篇文章中,他從科學之外的層面闡述了嬰兒定居火星的影響。

  “我們可能會將火星人口計劃當成冷冰冰的任務、目標,” Szocik 說,“這樣,個人就會消融在集體之中。而個體的自由與決定很可能不復存在,性與生殖也是一樣,這似乎違背了倫理標準和道德直覺。”

  Szocik 說,爲了在一個低重力、輻射肆虐的世界中繁殖健康的後代,基因編輯、通過基因選擇性伴侶和組織性的生殖政策都不應被排除之外。當然,即使採取這些預防措施,嬰兒仍然可能天生就有殘疾,而且火星社會不一定有充分條件去照顧他們。

  Szocik 說:“要想在太空中生存,一些激進的想法是可以有的,雖然某些想法現在看起來不那麼容易被接受。”

  無論是否爭論不休,殖民於地球之外將會是人類進步的革命性標誌。成爲行星際物種的道路將充滿荊棘,我們應該謹慎地挪步,而非魯莽行事。

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