發布日期：2017-06-13

在環繞著地球飛行了288天，將近九個月后，保存在國際空間站里小鼠的精子還是成功的生產出了健康的小鼠[1]。這聽上去并不是什么重大的新聞，但是想像一下，當宇宙時代真的到來的時候，人類長時間的太空旅行成為一種日常的時候，我們能否在太空環境中生下健康的寶寶就是一個非常關鍵的問題了。

在太空環境中保存了九個月的老鼠精子誕生出的健康的老鼠寶寶 。圖片來源參考文獻1

想“啪啪”，不容易

在太空里面啪啪啪本身就是一件非常困難的事情。牛頓的第三定律告訴我們“當兩個物體相互作用時，彼此施加于對方的力，其大小相等，方向相反”。所以在宇宙失重的環境中，當兩個人碰撞時，碰撞會使兩個人朝著相反的方向分開，很難使兩個人在不借助外力的情況下保持在一起。

你想多了，真實的畫面恐怕……并沒有這么美好喲。圖片來源：《太空旅客》你想多了，真實的畫面恐怕……并沒有這么美好喲。圖片來源：《太空旅客》

更重要的是，在地球環境中，啪啪啪過程中產生的汗液會依附在人體的表面，不會離開我們身體的表面。但是在失重的環境下，這些小水滴會由于運動離開人體表面，漂浮在周圍的環境中，可以想像這并不是什么另人愉悅的場景。

最后，在太空環境中，啪啪啪這樣的過程對人們的體力，尤其是心血管系統，是一個不小的考驗，弄不好，很有可能導致心腦血管的問題。所以人類如果真的進入了太空時代，運用試管技術是一個更加明智的選擇[2]。

多種嘗試

在宇宙的環境中運用試管技術，失重和高輻射是我們不得不面對的兩個挑戰。而這樣的環境，對于生殖細胞，尤其是哺乳動物生殖細胞的影響，我們還沒有確定的結論。日本山梨大學若山照彥（Teruhiko Wakayama）教授最新的一項研究[1]對于我們回答這個問題提供了一個方向。

生命從誕生到衰亡的整個過程中的很多機理到現在我們還沒有弄明白，更不用說在太空環境中會有什么改變了。在地球上，所有的生命都生活在重力的影響下，而且由于地球磁場的存在，宇宙射線中的很多高能粒子已經被大氣層過濾掉，生命本身并沒有直接暴露于這些粒子。但是在宇宙中，月球上，甚至火星上，引力不僅小很多，而且生命體會被直接的暴露于這些高輻射的環境中。在這樣的環境下，對于動物的生殖繁育到底有什么樣的影響，我們并不是特別的清楚。

在這之前，科學家就已經研究過宇宙環境對于生物體生殖的影響，各種動物在不同的實驗中被測試過了，包括大鼠，魚類，蠑螈，甚至海膽。但是研究結果并沒有得到一致的結論。比如1979年的一個實驗中，活體大鼠被放置在一個被俄羅斯送上太空的衛星中，在飛行周期中 ，大鼠并沒有成功地在太空繁育活體寶寶。在另外一些將生殖細胞帶入太空的實驗中，海膽的精子被防在試管內，在宇宙飛行的過程中受到了損害。然而相似的實驗在其它生物上得到了比較積極的結果：在試管中被送上太空的魚類，果蠅和線蟲的生殖細胞在返回地球后都成功的在宇宙的環境下繁育了下一代。可是宇宙環境對于哺乳動物生殖細胞的影響的研究卻少之又少 [3]。

凍干精子初獲成功

出于對這個問題的好奇，若山照彥教授的團隊從不同品系的小鼠個體中取得精子，對樣品進行了凍干處理。凍干技術就是將生物樣品快速的放到零度以下的低溫，將樣品進行降溫凍結成固體，然后在真空的條件下使固體水直接升華出來，這樣的技術可以快速的保存樣品，同時保持大分子物質，比如DNA和蛋白質的活性。該團隊之前的研究表明[4]，經過凍干處理的小鼠精子雖然細胞本身不再存活，但是凍干處理的樣品加入到水中，然后直接注射到卵子中的時候，仍然可以產生后代，因為在整個過程中DNA仍然保持其完整性和生物活性。更重要的是，經過凍干處理的樣品在室溫的環境下可以保存兩年之久，在冷凍的環境下可以無限的保存下去。而且，經過處理的樣品非常輕便，便于攜帶，還不占什么體積。同樣的技術也可能在不久的將來，應用到人的身上。

被帶到國際空間站的“速凍”樣品：A） 小瓶中的白色液體是小鼠精液的凍干樣品，然后每小瓶被裝在一個袋子中；B）四瓶來自同一小鼠的樣品被裝載了一個袋子里，一共有12只實驗用小鼠；C）所有的樣品被裝在了同一個盒子里，這個小盒子就是最后帶上空間站的盒子。圖片來源：參考文獻1

那么經過凍干處理的精子到底能不能經受住太空環境的考驗呢？這就是若山照彥教授團隊的新研究所探討的內容了[1]。

于是2013年8月，小鼠凍干精子的樣品被帶到了國際空間站上面，在-95?C，輻射比地表強100倍的環境中，進行了9個月的太空旅行，直到2014年5月返回地球。當樣品返回地球之后，科學家們開始了對于精子的各種測試。首先，科學家們檢測了宇宙環境對于精子的形態學和遺傳物質有沒有明顯的損傷。科研人員發現，在光顯微鏡下面，經過太空環境處理的精子和正常的精子并沒有顯著的外觀上的差別，只是精子的尾巴變的更長一些。

正常的精子（E）和經過太空環境處理過的精子（F）在外觀形態上并沒有太大的區別。 圖片來源：參考文獻1

除此之外，科研人員還研究了宇宙輻射環境對于精子遺傳物質是不是造成了顯著的改變，通過對于小鼠精子遺傳物質的染色實驗，科研人員發現盡管在經過宇宙輻射環境處理過的精子有一些遺傳物質的改變，但是和健康的精子比起來，并沒有顯著性的差異。即使宇宙環境讓精子發生了一些改變，但是這些改變在健康的卵子里面似乎很快就被修復了。科研人員接著將經過輻射處理的精子和正常的卵子結合，一部分受精卵被放在試管內觀察它們的發育過程，同時將另一部分受精卵移植到小鼠的體內，看它們能不能發育成正常的個體。結果是：受精卵不僅在試管內發育正常，而且在小鼠體內發育成正常的胎兒。

宇宙射線輻射過的精子和正常的卵子結合后，受精卵發育正常。圖片來源：參考文獻1

為了比較輻射對于下一代小鼠的健康的影響，科學家們還比較了新生小鼠和健康小鼠的遺傳物質DNA的變化。通過比較小鼠們的基因組，發現兩者被沒有明顯的差別。

所以科學家得出結論，經過輻射小鼠精子產生的后代，同樣是健康的。在經過輻射處理的精子產生的后代中，雌雄比例為47%比53%，也在正常雌雄比例范圍內。更重要的是，這些小鼠產生的后代，也是健康的小鼠，說明輻射不會影響正常的生育。

這項研究的結果，間接地告訴我們，在宇宙強輻射的環境中生育健康的下一代是可能的。而且凍干精子技術的應用，完全的抑制了細胞的代謝，將代謝過程中產生變異的可能性降低到了最低。論文發表后，若山照彥教授在一次采訪中[3]還提出了一個瘋狂的假設，在國際空間站建立一個各個動物的精子庫。這個便攜式的精子庫可以幫助我們在未來的宇宙時代，在一個新發現的星球上，快速的復制地球上的生物。如果某一天你發現了一個新的星球，當你到達你的星球后可以快速復制你想要的生物的種類，是不是想想就激動呢？

[1] Wakayama， S。， Kamada， Y。， Yamanaka， K。， Kohda， T。， Suzuki， H。， Shimazu， T。， Tada， M。 N。， Osada， I。， Nagamatsu， A。， Kamimura， S。， Nagatomo， H。， Mizutani， E。， Ishino， F。， Yano， S。 & Wakayama， T。 （2017）。 Healthy offspring from freeze-dried mouse spermatozoa held on the International Space Station for 9 months。 Proceedings of the National Academy of Sciences。 doi：10.1073/pnas.1701425114

[2] Sex in space， https：//en.wikipedia.org/wiki/Sex_in_space

[3] Space Sperm Produces Healthy Baby Mice， http://news.nationalgeographic.com/2017/05/space-babies-sperm-mice-radiation-science/

[4] Wakayama， T。 & Yanagimachi， R。 （1998）。 Development of normal mice from oocytes injected with freeze-dried spermatozoa。 Nature biotechnology 16， 639-641

來源：科學人公眾號