繪圖：David Curtis
繁衍，是人類統(tǒng)治地球的途徑。但當(dāng)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。鑒于整個(gè)太空普遍存在的嚴(yán)酷輻射，再加之低重力環(huán)境帶來的挑戰(zhàn)，在太空繁衍后代這件事，說起來容易做起來難。為此，下面這些科學(xué)家正努力解答，人類能否在太空中完成正常的生殖過程。
撰文 | Amber Jorgenson
翻譯 | 董依明
審校 | 吳非
從美國航空航天局（NASA）50多年前的雙子星計(jì)劃中，我們了解到太空旅行可能對(duì)人體健康有害?？茖W(xué)家注意到，宇航員在進(jìn)入太空不到兩周后，骨密度減小了6%左右，并出現(xiàn)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(dǎo)致的。宇宙射線的危害巨大，不僅會(huì)誘發(fā)癌癥等疾病，還被證明會(huì)損傷DNA和神經(jīng)系統(tǒng)。
太空，一個(gè)危機(jī)四伏的地方，即使是訓(xùn)練有素的宇航員，也會(huì)面臨各種危險(xiǎn)。那么胚胎、胎兒和新生兒，這些脆弱的幼小生命又該怎么辦呢？首先，我們應(yīng)該考慮的是：太空會(huì)如何影響我們的生殖系統(tǒng)？答案是未知的，科學(xué)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(xué)上困難重重，但研究人員仍在試圖回答這個(gè)關(guān)鍵的問題：如何在太空中創(chuàng)造健康的嬰兒？
小鼠的太空受精危機(jī)
要在太空中繁殖，每一步都不容易。
據(jù)我們所知，沒有人在太空發(fā)生過性行為。因?yàn)閹缀鯖]有引力，想要抓著你的伴侶都很困難，更別說讓功能完善的精子和卵細(xì)胞相遇，然后擦出懷孕的火花了，這需要大量細(xì)胞完美的行動(dòng)。
幾十年來，科學(xué)家一直致力于破解在太空中生殖的奧秘。“太空競(jìng)賽”之后，為測(cè)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(jìn)太空軌道。令人驚訝的是，它們都能繁殖健康的后代。但是，仍然有障礙橫在科學(xué)家面前。1979年，在一顆俄羅斯衛(wèi)星上，雄性和雌性大鼠在18.5天的任務(wù)期內(nèi)發(fā)生了令人驚訝的事情：它們要么未能成功受精，要么選擇性地拒絕發(fā)生性行為，這種嚙齒動(dòng)物的禁欲行為在地球上幾乎是聞所未聞的。隨后，小鼠試驗(yàn)的結(jié)果同樣引起了廣泛的關(guān)注。
嚙齒動(dòng)物屬哺乳動(dòng)物，其解剖學(xué)、生理學(xué)和基因都與我們?nèi)祟愊嗨?。西北大學(xué)生殖科學(xué)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(duì)此，其他研究者也表示同意。
“因?yàn)橹挥胁溉閯?dòng)物才有胎盤，所以只有通過哺乳動(dòng)物試驗(yàn)，我們才能了解太空環(huán)境對(duì)胎盤的影響。”日本山梨大學(xué)高級(jí)生物技術(shù)中心主任若山照彥說。多年來，他一直致力于研究哺乳動(dòng)物如何在太空中繁殖。由于引力對(duì)受精和胎兒的生長都至關(guān)重要，因此若山照彥想要探究小鼠是否可以在微重力（類似于空間站中宇航員的環(huán)境）環(huán)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(gè)模擬微重力的裝置中。他觀察到精子會(huì)游向卵子，幾天后，胚胎從微重力環(huán)境被移植進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)重力下的小鼠母體中。若山照彥和同事們發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果并非單一的：雖然有很多發(fā)育正常的幼崽誕生，但也有大量胚胎在移植后出現(xiàn)了發(fā)育不良的情況。與正常情況相比，微重力環(huán)境下的小鼠胚胎成功繁育的后代更加困難。
為了解這一幕會(huì)不會(huì)在高輻射與微重力并存的太空重演，若山照彥向日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）提出申請(qǐng)，希望在國際空間站（ISS）重復(fù)上述研究。但是這一次，宇航員會(huì)從活體小鼠身上提取精子和卵子，然后將體外受精的胚胎移植回小鼠體內(nèi)，這一切都是在微重力的條件下進(jìn)行的。這個(gè)計(jì)劃的難度相當(dāng)大，因?yàn)樾∈髲奈丛谔粘晒Ψ敝尺^。但是，他們的精子卻做到了。
若山照彥現(xiàn)在是NASA的“太空幼崽”任務(wù)的課題組長，他將小鼠精子冷凍干燥，在室溫下保存。三組凍干樣品于2013年進(jìn)入國際空間站，Wakayama得以在空間站中研究它們的生存能力與時(shí)間的關(guān)系。這將幫助分析宇宙輻射對(duì)雄性生殖細(xì)胞的影響。
由于國際空間站暴露于強(qiáng)輻射下，這可能會(huì)導(dǎo)致精子DNA分解，改變后代的遺傳物質(zhì)，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(jìn)入國際空間站9個(gè)月后，一些精子顯示出細(xì)微的DNA受損跡象，但它們?nèi)阅墚a(chǎn)生健康的幼崽。若山照彥的團(tuán)隊(duì)剛剛分析了在國際空間站上保存了3年的樣本; 最后一批在太空6年的樣本將于今年返回地球。
產(chǎn)生這些小鼠崽的精子經(jīng)過冷凍，并且在太空中停留了288天。
圖片來源：Teruhiko Wakayama/PNAS/June 6, 2017 Vol. 114 No. 23
如果冷凍技術(shù)生效，若山照彥計(jì)劃將冷凍的小鼠胚胎運(yùn)到國際空間站，然后研究下一部分問題：為什么它們不能在太空完全發(fā)育。
從小鼠到人類
盡管諸多相似之處讓小鼠成為模擬人類在太空中繁殖的最佳模型之一，但小鼠試驗(yàn)的結(jié)論終究不能等同于人類。
堪薩斯大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的生殖學(xué)家Joseph Tash指出，如果沒有功能完善的人類精子和卵子，我們?cè)谔罩械闹趁駸o法長時(shí)間維系。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(duì)小鼠和其他動(dòng)物的影響。但是在2018年4月，Tash更進(jìn)一步。他使用了類似于若山照彥的方法，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(xiàng)名為Micro-11的實(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)室里，宇航員解凍了冷凍樣本，并將其與一種混合試劑混合，混合物的化學(xué)信號(hào)模擬了卵子，從而誘使精子游動(dòng)。宇航員用高倍顯微鏡拍攝了精子的運(yùn)動(dòng)，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(jìn)的想法，很難在太空生存下去，即使有些想法目前看來會(huì)飽受爭(zhēng)議?！盩ash說。
“當(dāng)你在顯微鏡下觀察時(shí)，精子的外觀會(huì)出現(xiàn)各種變化，”Tash說， “你能看到精子頭部出現(xiàn)特征性的變化，那是為卵子受精所準(zhǔn)備的?！本釉诮咏繕?biāo)時(shí)需要獲得速度，頭部的細(xì)胞也需要合并，從而擁有足以突破卵子的強(qiáng)度。如果它們不這樣做，受精是不可能完成的。
現(xiàn)在這些樣本已經(jīng)回到了地球，但Tash說，還需要一年的時(shí)間來梳理觀察結(jié)果，并確定太空的精子能否讓卵子受精。然而，當(dāng)Micro-11計(jì)劃完成，他又立馬開始面對(duì)下一個(gè)宇宙難題：太空中女性的生育能力。
他已經(jīng)找到了一些擔(dān)心的理由。 Tash研究了在2010年和2011年隨NASA航天飛機(jī)旅行的雌性小鼠，發(fā)現(xiàn)它們的黃體（卵巢中的短命腺體，負(fù)責(zé)產(chǎn)生性激素和培育新生胚胎）出了問題。
“我們發(fā)現(xiàn)，所有在太空飛行了12至15天的雌性小鼠，黃體會(huì)完全缺失或僅有極少部分剩余?！盩ash說。這意味著僅僅兩周的太空影響就會(huì)導(dǎo)致潛在的生殖問題。
他計(jì)劃在2020年將活體雌性小鼠送上國際空間站。這些已經(jīng)受孕的小鼠將在太空旅行30~37天，這將覆蓋它們的生殖周期。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(jì)劃更進(jìn)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。
Woodruff等人最近發(fā)現(xiàn)了“鋅火花” ——在受精的那一刻，鋅元素的流動(dòng)使得卵子出現(xiàn)一道閃光，這可以用作受精，讓科學(xué)家真正看到人類生命在太空中的第一階段。
卵細(xì)胞周圍出現(xiàn)鋅的閃光
倫理爭(zhēng)議
Woodruff和Tash將著手于人類生殖細(xì)胞。但他們也認(rèn)為，全面的太空人體試驗(yàn)，包括懷孕和分娩，不會(huì)在近期出現(xiàn)。
波蘭的熱舒夫信息技術(shù)與管理大學(xué)哲學(xué)系助理教授Konrad Szocik認(rèn)為，盡管還需要幾十年的發(fā)展，我們應(yīng)該開始為太空繁殖的嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)做好準(zhǔn)備。 在去年發(fā)表在Futures期刊上的一篇論文中，他從科學(xué)之外的層面闡述了嬰兒定居火星的影響。
“我們可能會(huì)將火星人口計(jì)劃當(dāng)成冷冰冰的任務(wù)、目標(biāo)，”Szocik說，“這樣，個(gè)人就會(huì)消融在集體之中。而個(gè)體的自由與決定很可能不復(fù)存在，性與生殖也是一樣，這似乎違背了倫理標(biāo)準(zhǔn)和道德直覺?！?/p>
Szocik說，為了在一個(gè)低重力、輻射肆虐的世界中繁殖健康的后代，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(yīng)被排除之外。當(dāng)然，即使采取這些預(yù)防措施，嬰兒仍然可能天生就有殘疾，而且火星社會(huì)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(jìn)的想法是可以有的，雖然某些想法現(xiàn)在看起來不那么容易被接受?！?/p>
無論是否爭(zhēng)論不休，殖民于地球之外將會(huì)是人類進(jìn)步的革命性標(biāo)志。成為行星際物種的道路將充滿荊棘，我們應(yīng)該謹(jǐn)慎地挪步，而非魯莽行事。
原始論文：
http://discovermagazine.com/2019/may/sex-in-the-cosmic-city
《消失的動(dòng)物——滅絕動(dòng)物的最后影像》
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