在外太空生活一年,對太空人的身體有甚麼影響?

在外太空生活一年,對太空人的身體有甚麼影響?
Photo Credit: Bill Ingalls / NASA via AP / 達志影像
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毋庸置疑的是,太空旅行帶給人類身體的負擔極大,在我們想開始前往月球或火星生活前,還有待學習及訓練。

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文:Jeffrey Kluger
譯:曾維宏

從許多層面來看,太空旅遊確實如其外表充滿樂趣,不過相反地,它也存在著許多缺點。肌肉質量的流失、骨骼缺鈣、心臟壓力、眼睛受損、免疫力降低、基因干擾,以及壽命減短,各種負面影響族繁不及備載。

在2015至2016年間,太空人史考特凱利(Scott Kelly)在外太空中生活的340天便被科學家作為研究題材,而《TIME》以此為主題所拍攝的影集《在太空中的一年》(A Year in Space)更獲得艾美獎的提名。就在史考特返回地球之後3年,本研究的第一部分已登上《科學》期刊,揭曉這場星際馬拉松的背後種種。最後結果好壞參半,在某些方面史考特的身體狀況比預期中還好,但其他方面則不盡人意。毋庸置疑的是,太空旅行帶給人類身體的負擔極大,在我們想開始前往月球或火星生活前,還有待學習及訓練。

史考特能成為當時完美的太空研究對象還有一個原因:他有一個雙胞胎兄弟馬克凱利(Mark Kelly)。兩人皆曾是NASA太空員,除了身體狀況良好之外,也因為擁有相同的基因而有助於研究對照。研究團隊將兩人資料輸入基因軟體中,接著讓兩兄弟身處截然不同的環境,在一年之後觀察他們的身體變化。如此一來,史考特因太空生活後所產生的身體變化,便可成為重要的研究對照。

壓力的影響

在這些重要的醫學實驗項目中,包含了心血管健康這一項。史考特在整趟太空旅程中,將頸動脈和臂動脈的超音波、血壓確實記錄下來,並採集了血液和尿液樣本,而在地球的馬克也進行了一摸一樣的檢測。其中研究人員在動脈記錄中發現了驚人結果,史考特的頸動脈從外太空返回地球後擴張且變粗,而這現象整整持續了4天才消失。

除此之外研究人員還發現,主要被當作發炎指標且能預測心血管疾病的C反應蛋白(CRP),在史考特的血液中明顯增加。矛盾地是,即便史考特乘著極度不穩定、高速的俄羅斯聯盟號宇宙飛船回到地球(他形容那簡直像身處木桶內穿越尼加拉瓜瀑布般險峻),然而與一般狀態下的太空飛行相比,其外在壓力因素卻增加了不少,而他的C反應蛋白數量,更是足足升高了8倍之多,這數字在他回到地球後又過了36天才恢復到正常值。

他的免疫系統也受到了影響。史考特離開地球前,他與哥哥的T細胞和其他免疫系統組成的數值與活躍度十分相似,但在太空飛行途中,史考特的62個細胞激素測量數值中,有52個出現劇烈變化,其中包含了介白素、干擾素和其他免疫系統蛋白質。

「我們所發現的這些變化均與壓力有著密切關係。」美國史丹佛大學基因學系主任Michael Snyder在該論文發表於《科學》期刊兩天前的一場視訊研討會中如此說道。「在地球上我們也有相對應的研究,當人們身處壓力環境時,便會啟動體內的免疫系統機制。」

回到地球,回復正常?

好消息是,在史考特返回地球後,他的免疫力便回到了正常值。此外,即便史考特的身體狀況深受太空環境摧殘,他的免疫系統針對在地球上施打的疫苗反應,仍與哥哥十分相似,可謂另一個正面結果。不過,太空旅行對於史考特的基因組所產生的劇烈影響則是另一大問題,「當史考特進入太空後,上千個基因組便有了變化。」美國Weill Cornell醫學中心生物醫學系助理教授Christopher Mason在視訊研討會中說明,「這些基因組變化影響著DNA的維護及修復,更會讓免疫系統無法正常運作。」

而在所有基因變化中,與太空輻射相關的便是染色體的倒置和移位現象。前者為基因序列頭尾置換,後者則為基因變換位置。在史考特返回地球後,並不是所有體內變化均會回到正常狀態。「倒置現象會一直持續發生,」科羅拉多州立大學的輻射癌症生物學家Susan Bailey如此表示,「在史考特回來後9個月,我們還是能發現增加中的倒置情形。」

Bailey更有機會觀察到這對雙胞胎兄弟研究中最為重要的部分之一──壽命長度。這項研究牽涉到端粒,也就是染色體末端的DNA重複序列,作用是保持染色體的完整性,其原理很像我們鞋帶上的塑膠頂端,能防止鞋帶凌亂打結。在人的一生中,端粒會逐漸縮短,其長度也與個體的壽命十分相關。儘管史考特在太空中接受嚴峻的生活考驗,但令人驚訝的是,他的端粒竟比平均長度增加了14.5%,可謂一項從天而降的好處,而這是科學家在地球上使用端粒酶才能達到的效果。不過凡事皆為一體兩面,這項結果的壞處,是無論好細胞或壞細胞皆有可能會不受控制地繁殖,這對人體健康造成的影響不一定全是正面。

「這樣的發現十分令人驚訝。」Bailey說道,「我們正在尋找這其中的關聯性及原因」。不過這項「免費好處」在史考特回到地球後便要他付出代價,因為研究人員發現在他降落48小時候,端粒長度已回到正常數值甚至變得更短了。「我們不應該將延長端粒視為永保青春的萬靈丹。」與在地球的哥哥馬克相比,史考特腸內的細菌和有機體等腸道菌數量,並未有太多變化。在外太空,飲食與環境變化不大,因此腸道菌通常能維持在穩定數量,但居住在變化多端地球環境的馬克就不一樣了,「馬克所居住的環境十分複雜」,「他四處旅遊、打高爾夫球,飲食條件也經常變化。」

好壞參半

其他研究結果多半為有好有壞,像是史考特在太空生活的上半年中。身體和骨骼的再生功能均提升了50%至60%,但下半年便隨之惡化,但在回到有重力環境的地球後,他的骨骼系統則又再度回到正常狀態。此外,在此趟任務期間,他的認知表現雖有進步,但辨識週遭人們情緒的能力卻是下降的。更糟的是,在無重力狀態下,約兩公升的液體會從身體下半部流往身體上半部,導致視神經壓力增加,以及眼球形狀還有視網膜結構的改變。因此毫不意外地,史考特的視力在太空中確實會受到影響,但當他返回地球後,這些與眼部神經相關的變化便逐漸消失。

太空人研究樣本一直以來數量不多,總計只有559名人類。其中只有3位俄羅斯太空員在外太空中旅行超過1年。史考特則是第一位打破記錄的美國人。自從人類第一次踏上星際的幾個世代以來,太空旅行的機械發展越趨進步,但所謂的「生物機械」,也就是人類身體,卻是無法輕易適應或重新設計的。未來人類是否能離開地球展開全新生活,關鍵便在於我們如何學習在太空旅行中維護我們身體內部複雜的系統,並在往後日子裡長長久久地與浩瀚星際環境達成良好平衡。

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責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航

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