中國實驗首訪國際空間站

卡納維拉爾角悶熱的初夏傍晚，強烈火光炸開云層。

 

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

 

不同以往，此次飛船的“乘客”中，有一位中國“客人”。美國航天局發(fā)言人凱瑟琳·漢布爾頓證實，由北京理工大學(xué)鄧玉林教授團隊獨立設(shè)計的一個實驗項目搭乘“龍”飛船上天。這個項目名為“空間環(huán)境下在PCR反應(yīng)中DNA錯配規(guī)律研究的科學(xué)載荷”，旨在研究空間輻射及微重力環(huán)境對抗體編碼基因的突變影響。

 

這一創(chuàng)舉，標(biāo)志著我國自主研制科學(xué)實驗將首次登入國際空間站，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，將中國自主設(shè)計和研制的實驗第一次送去國際空間站，中國科學(xué)家做的是純粹的科學(xué)實驗，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）進化的探索。

 

“此次載荷是采用微流控PCR儀，對抗體DNA片段進行在軌飛行狀態(tài)下的基因擴增，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，進而探討空間輻射及微重力環(huán)境下的基因誘變機理。”團隊主要成員、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，由鄧玉林團隊自主創(chuàng)新研制，是繼該團隊所研制的載荷在2011年神舟八號搭載、2016年長征七號首飛搭載以及2017年天舟一號搭載之后的又一次“太空之旅”。

 

在神舟八號載荷實驗的研究中，他們發(fā)現(xiàn)了一些令人吃驚的現(xiàn)象。“當(dāng)時，我們帶了幾種不同類型的基因上去進行擴增，但當(dāng)載荷返回地面進行測定時，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。

 

研究團隊推斷，空間環(huán)境之于基因突變可能與生物分子進化有著重要的聯(lián)系。鄧玉林團隊提出大膽設(shè)想，即將抗體編碼基因片段作為研究空間環(huán)境對分子進化影響的模型，并由此設(shè)計、研制了此次空間實驗。依照計劃，該實驗載荷將被帶入國際空間站的美國實驗艙，由美國宇航員進行兩次實驗。載荷預(yù)計于7月回收，實驗數(shù)據(jù)將傳回北京理工大學(xué)。

 

探索

 

在嚴(yán)苛條件下實現(xiàn)20種基因的突變規(guī)律研究

 

此次空間實驗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，該實驗載荷的體積為4個U（400×100×100mm），重約3.5公斤。搭載共有兩組、12塊芯片，60個通道，將對20個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，實現(xiàn)20種基因的突變規(guī)律研究，這一技術(shù)在國際上也是領(lǐng)先的。”他說。

 

團隊利用微流控芯片模擬人體發(fā)育過程，利用擴增技術(shù)模擬細(xì)胞中基因復(fù)制，實現(xiàn)對生命擴增與發(fā)展的動態(tài)過程模擬，從而掌握環(huán)境對基因擴增的影響；同時，團隊突破了在太空變溫條件下實現(xiàn)基因擴增的技術(shù)難題，“溫度過高會給芯片帶來巨大的壓力，容易產(chǎn)生破裂。2011年‘神八’搭載時，我們就攻克了這項難關(guān)——用微流控芯片來實現(xiàn)變溫PCR擴增技術(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)用價值十分廣泛”。“團隊在國際上首次利用空間環(huán)境開展‘微進化’研究，一方面有助于我們認(rèn)識空間環(huán)境對于生物進化規(guī)律的影響，另一方面有助于我們掌握基因突變規(guī)律，對其做出相應(yīng)改變和修飾，更好地適應(yīng)環(huán)境，這對人類發(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)境操作實驗？鄧玉林說：“作為一個絕佳的試驗平臺和創(chuàng)新平臺，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。比如，人類長期在地面進化，但有很多生命科學(xué)現(xiàn)象在進化過程中被掩蓋了。因此，如果到空間環(huán)境開展科學(xué)實驗，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。”

 

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”。

 

受阻于美國國會首次于2011年通過的“沃爾夫條款”，中美兩國之間任何與美國航天局有關(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)項目合作有時也會受到影響。

 

在這一背景下，此次中國自主研制的實驗項目通過商業(yè)合作模式前往國際空間站，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。

 

鄧玉林團隊在2015年8月與美國納諾拉克斯公司簽署協(xié)議，并通過各項審查，為國際空間站帶去首個中國項目。事實上，從2011年初具實驗設(shè)想，到2015年通過各項審查，獲得美國航天局批準(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，這也是中國高校校旗首次出現(xiàn)在國際空間站內(nèi)。美國佛羅里達航空局商業(yè)發(fā)展部負(fù)責(zé)人托尼·甘農(nóng)贊嘆道：“中國科研人員已經(jīng)證明，他們是真正的科學(xué)家?？茖W(xué)探索是全人類的事業(yè)，我們必須打開大門，歡迎更多來自中國的科研院校將他們的科學(xué)實驗從這里送往國際空間站。”

 

此次中國自主研制的實驗項目，通過商業(yè)合作模式前往國際空間站，頗受關(guān)注。美國太空網(wǎng)評論說，這一合作或?qū)⑷诨忻捞蘸献鞯?ldquo;堅冰”。美國多個太空政策專家則認(rèn)為，這開拓了一種全新商業(yè)合作模式，可能成為中美兩國未來聯(lián)合開展工作的重要一步。

 

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