中國(guó)實(shí)驗(yàn)首訪國(guó)際空間站

卡納維拉爾角悶熱的初夏傍晚，強(qiáng)烈火光炸開云層。

 

美國(guó)太空探索技術(shù)公司“獵鷹9”火箭又一次騰空而起，于美國(guó)東部時(shí)間3日下午5時(shí)07分（北京時(shí)間4日上午5時(shí)07分），從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角39A發(fā)射臺(tái)將“龍”飛船送往國(guó)際空間站。

 

不同以往，此次飛船的“乘客”中，有一位中國(guó)“客人”。美國(guó)航天局發(fā)言人凱瑟琳·漢布爾頓證實(shí)，由北京理工大學(xué)鄧玉林教授團(tuán)隊(duì)獨(dú)立設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目搭乘“龍”飛船上天。這個(gè)項(xiàng)目名為“空間環(huán)境下在PCR反應(yīng)中DNA錯(cuò)配規(guī)律研究的科學(xué)載荷”，旨在研究空間輻射及微重力環(huán)境對(duì)抗體編碼基因的突變影響。

 

這一創(chuàng)舉，標(biāo)志著我國(guó)自主研制科學(xué)實(shí)驗(yàn)將首次登入國(guó)際空間站，也標(biāo)志著中美空間科學(xué)合作取得突破。“我們以科學(xué)的名義，將中國(guó)自主設(shè)計(jì)和研制的實(shí)驗(yàn)第一次送去國(guó)際空間站，中國(guó)科學(xué)家做的是純粹的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，成果將造福全人類。”鄧玉林說。

 

研究

 

空間輻射及微重力環(huán)境對(duì)抗體編碼基因的突變影響

 

據(jù)介紹，在空間飛行過程中航天員將面臨多種健康威脅，其中空間輻射和微重力是導(dǎo)致航天員生理功能失調(diào)的重要因素，重離子是空間帶電粒子的重要組成部分，重離子輻射可導(dǎo)致多種DNA損傷和基因突變?？臻g微重力環(huán)境可導(dǎo)致多種細(xì)胞生理學(xué)功能失衡，如細(xì)胞骨架重塑、DNA修飾及發(fā)生異常的分子間相互作用等等。本次研究就是從關(guān)注航天員生命健康切入，延展到空間環(huán)境影響微（分子）進(jìn)化的探索。

 

“此次載荷是采用微流控PCR儀，對(duì)抗體DNA片段進(jìn)行在軌飛行狀態(tài)下的基因擴(kuò)增，來模擬人類生命的延續(xù)與發(fā)展。在空間飛行結(jié)束后，分析基因突變規(guī)律，進(jìn)而探討空間輻射及微重力環(huán)境下的基因誘變機(jī)理。”團(tuán)隊(duì)主要成員、北京理工大學(xué)生命學(xué)院副教授李曉瓊介紹。

 

本次升空的空間生命科學(xué)載荷，由鄧玉林團(tuán)隊(duì)自主創(chuàng)新研制，是繼該團(tuán)隊(duì)所研制的載荷在2011年神舟八號(hào)搭載、2016年長(zhǎng)征七號(hào)首飛搭載以及2017年天舟一號(hào)搭載之后的又一次“太空之旅”。

 

在神舟八號(hào)載荷實(shí)驗(yàn)的研究中，他們發(fā)現(xiàn)了一些令人吃驚的現(xiàn)象。“當(dāng)時(shí)，我們帶了幾種不同類型的基因上去進(jìn)行擴(kuò)增，但當(dāng)載荷返回地面進(jìn)行測(cè)定時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)幾種基因有很大的差別，代表神經(jīng)、代謝系統(tǒng)功能的基因變化很少，而代表反應(yīng)免疫的基因變化卻很多。”鄧玉林說。

 

研究團(tuán)隊(duì)推斷，空間環(huán)境之于基因突變可能與生物分子進(jìn)化有著重要的聯(lián)系。鄧玉林團(tuán)隊(duì)提出大膽設(shè)想，即將抗體編碼基因片段作為研究空間環(huán)境對(duì)分子進(jìn)化影響的模型，并由此設(shè)計(jì)、研制了此次空間實(shí)驗(yàn)。依照計(jì)劃，該實(shí)驗(yàn)載荷將被帶入國(guó)際空間站的美國(guó)實(shí)驗(yàn)艙，由美國(guó)宇航員進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)。載荷預(yù)計(jì)于7月回收，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將傳回北京理工大學(xué)。

 

探索

 

在嚴(yán)苛條件下實(shí)現(xiàn)20種基因的突變規(guī)律研究

 

此次空間實(shí)驗(yàn)不僅具有理論上的創(chuàng)新，在技術(shù)上也做出了多種新的探索。鄧玉林介紹說，該實(shí)驗(yàn)載荷的體積為4個(gè)U（400×100×100mm），重約3.5公斤。搭載共有兩組、12塊芯片，60個(gè)通道，將對(duì)20個(gè)基因在空間輻射及微重力環(huán)境下，在軌開展抗體編碼基因的突變規(guī)律研究。“能在體積如此嚴(yán)苛的載荷條件下，實(shí)現(xiàn)20種基因的突變規(guī)律研究，這一技術(shù)在國(guó)際上也是領(lǐng)先的。”他說。

 

團(tuán)隊(duì)利用微流控芯片模擬人體發(fā)育過程，利用擴(kuò)增技術(shù)模擬細(xì)胞中基因復(fù)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)生命擴(kuò)增與發(fā)展的動(dòng)態(tài)過程模擬，從而掌握環(huán)境對(duì)基因擴(kuò)增的影響；同時(shí)，團(tuán)隊(duì)突破了在太空變溫條件下實(shí)現(xiàn)基因擴(kuò)增的技術(shù)難題，“溫度過高會(huì)給芯片帶來巨大的壓力，容易產(chǎn)生破裂。2011年‘神八’搭載時(shí)，我們就攻克了這項(xiàng)難關(guān)——用微流控芯片來實(shí)現(xiàn)變溫PCR擴(kuò)增技術(shù)，在‘狹小’的載荷儀器中，開展‘大量’的科學(xué)研究。”李曉瓊說。

 

鄧玉林說，“這是一項(xiàng)基礎(chǔ)性生命科學(xué)研究，具有重大的科學(xué)意義，其潛在應(yīng)用價(jià)值十分廣泛”。“團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次利用空間環(huán)境開展‘微進(jìn)化’研究，一方面有助于我們認(rèn)識(shí)空間環(huán)境對(duì)于生物進(jìn)化規(guī)律的影響，另一方面有助于我們掌握基因突變規(guī)律，對(duì)其做出相應(yīng)改變和修飾，更好地適應(yīng)環(huán)境，這對(duì)人類發(fā)展具有重要的影響。”北理工生命學(xué)院王睿博士說。

 

為什么一定要在空間環(huán)境操作實(shí)驗(yàn)？鄧玉林說：“作為一個(gè)絕佳的試驗(yàn)平臺(tái)和創(chuàng)新平臺(tái)，空間站可以為我們提供難得的條件來了解地面上難以了解的知識(shí)。比如，人類長(zhǎng)期在地面進(jìn)化，但有很多生命科學(xué)現(xiàn)象在進(jìn)化過程中被掩蓋了。因此，如果到空間環(huán)境開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)，就有可能發(fā)現(xiàn)在地面上不了解和難以發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象和知識(shí)。”

 

破冰

 

通過商業(yè)模式開辟中美太空合作新途徑

 

這并非一次“說走就走的旅行”。

 

受阻于美國(guó)國(guó)會(huì)首次于2011年通過的“沃爾夫條款”，中美兩國(guó)之間任何與美國(guó)航天局有關(guān)或由白宮科技政策辦公室協(xié)調(diào)的科研合作均遭到限制，其涉及范圍廣泛，界限模糊，即使中美民間科學(xué)項(xiàng)目合作有時(shí)也會(huì)受到影響。

 

在這一背景下，此次中國(guó)自主研制的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通過商業(yè)合作模式前往國(guó)際空間站，具有“破冰”意義，頗受關(guān)注。通過商業(yè)合作模式實(shí)現(xiàn)中美空間站領(lǐng)域合作，也為中美太空合作開辟了新的途徑，開創(chuàng)了中美空間領(lǐng)域合作的新局面。

 

鄧玉林團(tuán)隊(duì)在2015年8月與美國(guó)納諾拉克斯公司簽署協(xié)議，并通過各項(xiàng)審查，為國(guó)際空間站帶去首個(gè)中國(guó)項(xiàng)目。事實(shí)上，從2011年初具實(shí)驗(yàn)設(shè)想，到2015年通過各項(xiàng)審查，獲得美國(guó)航天局批準(zhǔn)，直至載荷最終升空……用鄧玉林的話說，“其間經(jīng)歷數(shù)次推遲，過程中有太多障礙和困難”。

 

根據(jù)雙方協(xié)議，美方將把北理工校旗帶到國(guó)際空間站，未來宇航員將在空間站內(nèi)展開，據(jù)介紹，這也是中國(guó)高校校旗首次出現(xiàn)在國(guó)際空間站內(nèi)。美國(guó)佛羅里達(dá)航空局商業(yè)發(fā)展部負(fù)責(zé)人托尼·甘農(nóng)贊嘆道：“中國(guó)科研人員已經(jīng)證明，他們是真正的科學(xué)家。科學(xué)探索是全人類的事業(yè)，我們必須打開大門，歡迎更多來自中國(guó)的科研院校將他們的科學(xué)實(shí)驗(yàn)從這里送往國(guó)際空間站。”

 

此次中國(guó)自主研制的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過商業(yè)合作模式前往國(guó)際空間站，頗受關(guān)注。美國(guó)太空網(wǎng)評(píng)論說，這一合作或?qū)⑷诨忻捞蘸献鞯?ldquo;堅(jiān)冰”。美國(guó)多個(gè)太空政策專家則認(rèn)為，這開拓了一種全新商業(yè)合作模式，可能成為中美兩國(guó)未來聯(lián)合開展工作的重要一步。

 

（綜合本報(bào)記者趙婀娜、張朋輝與新華社記者郭爽、林小春、郭一娜報(bào)道，辛嘉洋參與采寫）