湖北日報全媒記者 文新

中國科學(xué)院水生所國家斑馬魚資源中心主任孫永華研究員在魚房內(nèi)展示斑馬魚樣本。（湖北日報全媒記者 任勇 攝）

浩瀚宇宙，中國太空生物研究一次次突破

10月31日，我國神舟二十一號飛船成功發(fā)射，跟隨三名航天員一起入駐天宮一號的還有四只可愛的小鼠——我國將首次進(jìn)行在軌實施嚙齒類哺乳動物空間科學(xué)實驗。

昨日，在中國科學(xué)院水生所，國家斑馬魚資源中心主任孫永華研究員在接受本報記者采訪時表示，這是我國太空生物研究的又一次重大突破。

浩瀚宇宙，始終是人類探索的科學(xué)高地。由于太空中獨特的環(huán)境，各國一直重視各類動植物在太空環(huán)境中的實驗研究。

從1946年開始，美國、前蘇聯(lián)就將黑麥、棉花、小球藻和小狗、老鼠、果蠅、斑馬魚、猩猩等各類動植物送入太空進(jìn)行研究，并取得一項項成果。

中華人民共和國成立后，我國也開始加入這一行列。據(jù)中國航天科技集團(tuán)八院603所時亞洲介紹，1966年，我國兩次用小型火箭將搭載小狗“小豹”與“珊珊”成功送入太空后順利返回，小狗安然無恙。在錢學(xué)森等科學(xué)家的支持下，我國生物探空發(fā)射試驗在603基地展開，相繼將小白鼠、果蠅、菌類等動植物多次成功進(jìn)行高空往返試驗。

改革開放后，隨著我國國力與科技水平提升，太空動植物試驗加速。自1987年以來，我國已利用返回式衛(wèi)星和神舟飛船進(jìn)行了多次搭載實驗，涉及1000多個品種的種子和生物材料，為太空動植物研究積累了豐富的經(jīng)驗。

在2016年9月15日，我國天宮二號搭載了一個微型培養(yǎng)箱，其中種植了水稻和擬南芥，成功完成了植物生長全過程實驗；2019年1月，“嫦娥四號”生物科普試驗載荷在月球表面進(jìn)行了首次生物實驗。搭載了棉花種子、油菜、土豆、擬南芥、酵母和果蠅等六種生物。雖然棉花種子在月球表面長出了嫩芽，但最終還是因環(huán)境惡劣而枯萎死亡。

2024年4月-6月，包含4條斑馬魚和4克金魚藻的空間先進(jìn)水生生保系統(tǒng)，隨神舟十八號載人飛船成功發(fā)射升空并進(jìn)入中國空間站，在空間站穩(wěn)定存活了43天，實現(xiàn)了在軌產(chǎn)卵。

2024年11月，隨著長征七號遙九運(yùn)載火箭的順利發(fā)射，我國首次將果蠅送上空間站，開展科學(xué)實驗。從斑馬魚到果蠅，兩者的共同特點是生命力旺盛，繁殖力強(qiáng)。

如今，小鼠也已開啟太空之旅，開展國內(nèi)首次在軌嚙齒類哺乳動物空間科學(xué)實驗。孫永華表示：“我國太空生命科學(xué)研究從藻類到魚類再到哺乳類，體現(xiàn)了從低等生物到高等動物拓展的趨勢，說明空間生命科學(xué)研究正逐步走向深入。”

中國太空生物研究閃耀湖北智慧

探索蒼穹中的動植物，也浸透著湖北科研人的心血與智慧。

“可以說，斑馬魚的太空實驗為此次神舟二十一號的4只‘太空小鼠’的勇敢出征鋪墊了基礎(chǔ)?！?1月1日，孫永華研究員自豪地說：“在神舟十八號任務(wù)期間，由4尾斑馬魚與4克金魚藻組成的小型受控生態(tài)生命支持系統(tǒng)（CELSS），實現(xiàn)了我國在太空培養(yǎng)脊椎動物的突破。該系統(tǒng)完成了斑馬魚從生長發(fā)育到繁殖的長期培養(yǎng)實驗，創(chuàng)造了水生生態(tài)系統(tǒng)空間運(yùn)行43天的新世界紀(jì)錄?！?/p>

作為國際學(xué)術(shù)界公認(rèn)的四大模式動物之一（另外三種為小鼠、果蠅、線蟲），斑馬魚為何能“出征”太空？

孫永華解釋：“斑馬魚與人類基因組相似度超過80%，對探索生命科學(xué)、理解人類疾病致病機(jī)理和研發(fā)新型藥物意義重大。而且它3個月就能性成熟，一對斑馬魚可產(chǎn)幾百顆卵，它還具有體外受精、體外發(fā)育的優(yōu)勢，特別便于開展長時程的實時觀測研究。”

孫永華說，雖然斑馬魚進(jìn)化地位比胎生哺乳動物小鼠低，是卵生水生魚類。但繁殖快、產(chǎn)卵多、體外發(fā)育的特性讓科學(xué)家能快速觀測并搜集其在太空產(chǎn)卵的結(jié)果。神舟十八號任務(wù)中，科研人員通過產(chǎn)卵盒收集魚卵，還借助太空攝像頭全程捕捉“魚航員”行為模式，觀察到其在微重力環(huán)境下顛倒游泳、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動等現(xiàn)象，為“小鼠太空員”如何在失重環(huán)境下生存和搭建實驗環(huán)境提供了經(jīng)驗。

上太空的“魚航員”也是經(jīng)過層層篩選的“佼佼者”?！拔覀兲崆霸诙鄠€世代中，精心挑選每一代最強(qiáng)壯的斑馬魚。挑選時，會給待選魚施加振蕩、水壓、極限水位環(huán)境等考驗?！睂O永華稱。

據(jù)介紹，中國科學(xué)院水生所很早就參與了我國的受控生態(tài)生命支持系統(tǒng)（CELSS）研究。1968年，水生所就試驗利用小球藻產(chǎn)氧氣供海軍在潛艇中呼吸。此后，在劉永定研究員帶領(lǐng)下，水生所取得了一系列的階段性研究成果，包括聯(lián)合中國科學(xué)院8個單位研制了通用生物培養(yǎng)箱，完成了包括高等植物幼苗、藻類、小型動物、微生物、藻類與水生動物在內(nèi)的多次空間飛行實驗。

但他同時表示，“斑馬魚和小鼠并非替代關(guān)系”，“按照國家的長期航天規(guī)劃，我國未來要實現(xiàn)長期的載人航天活動就需要有受控生態(tài)生命支持系統(tǒng)（CELSS）的技術(shù)支撐。譬如，藻類就可以像植物一樣進(jìn)行光合作用，與航天員組成一個互補(bǔ)的氣體交換系統(tǒng)。養(yǎng)殖魚類則可以為航天員提供鮮活的動物性蛋白營養(yǎng)供給?！?/p>

據(jù)了解，未來1年至2年，我國還將有斑馬魚上太空的計劃，進(jìn)一步研究太空環(huán)境下胚胎發(fā)育過程中的科學(xué)問題。從藻類到果蠅，從斑馬魚到小鼠，這些不斷“出征”的“太空使者”，不僅閃耀著湖北智慧，更將為人類在太空長期生存、開展深空探測奠定堅實的科學(xué)基礎(chǔ)。