自1957年蘇聯(lián)成功發(fā)射世界上第一顆人造衛(wèi)星開始，人類對地外空間的探索已經(jīng)持續(xù)了半個(gè)多世紀(jì)，其間各式各樣的飛行器攜帶著地球生命無數(shù)次地進(jìn)出過地球大氣層。也就是說人類在打開宇宙探索窗口的同時(shí)，也開啟了天體生物間的交流平臺(tái)。越來越多的太空活動(dòng)，不禁讓天體生物學(xué)家開始擔(dān)心起來。我們應(yīng)該如何規(guī)避空間探索時(shí)產(chǎn)生的有害微生物傳播、變異風(fēng)險(xiǎn)？這種交流存在著哪些利弊？

航天器

    國外媒體報(bào)道，近日美國宇航局科學(xué)家提出要保護(hù)地外天體 “干凈”的微生物環(huán)境，空間探測器不僅要一般性地殺菌消毒，甚至連其攜帶的孢子的數(shù)量也要進(jìn)行嚴(yán)格控制。目前行星生命探索計(jì)劃的注意力正轉(zhuǎn)向太陽系內(nèi)數(shù)顆可能有利于生命存在的星球，保護(hù)地外天體環(huán)境也同樣是在保護(hù)我們地球的空間環(huán)境。

    國際空間站險(xiǎn)遭微生物侵襲

    近幾年，人類的太空探索不斷取得進(jìn)步，但與此同時(shí)科學(xué)家也開始注意到空間活動(dòng)背后存在著的一些隱患。特別是對天體生物環(huán)境保護(hù)問題備受矚目。劉研究員，為什么科學(xué)家對此持如此謹(jǐn)慎的態(tài)度？

    劉志恒：在各國科學(xué)家的不斷努力下，人類將飛向太空的夢想逐漸變成了現(xiàn)實(shí)。隨著空間探索的開始，人類第一次能夠借助于航天器發(fā)射各種儀器到月球、火星或其他行星。然而，在進(jìn)行星際探索時(shí)，飛行器或著陸裝置難免會(huì)與各種微生物進(jìn)行接觸，這就引出了一個(gè)十分嚴(yán)肅的問題，我們會(huì)不會(huì)因此攪亂地球與其他行星的生物環(huán)境。

    可以做一個(gè)假設(shè)，如果地球微生物闖入其他星球，找到適合于它生長的條件，就可能會(huì)增殖，從而破壞目標(biāo)行星的原始狀態(tài)。另一方面，我們也必須保護(hù)地球及其生物圈與地上人群，不被可能存在的地外危險(xiǎn)物質(zhì)或生命所“污染”（這些污染物可能在探索任務(wù)返回時(shí)帶入地球）。因此，科學(xué)家們對天體生物環(huán)境的保護(hù)工作十分重視。

    歷史上是否有過人類將空間微生物帶入地球環(huán)境的事件？

    劉志恒：至今，只出現(xiàn)過航天器材料受到微生物腐蝕引發(fā)技術(shù)故障的報(bào)道，以及飛行器滋生的變異致病微生物影響航天員健康的報(bào)道，但尚未見到 “空間微生物帶入地球環(huán)境”的事件發(fā)生。

    據(jù)說前一陣國際空間站差點(diǎn)因空間微生物而造成機(jī)械故障？

    劉志恒：是的。不久前，國際空間站人員對站內(nèi)微生物環(huán)境進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)無孔不入的微生物在人類眼皮底下借助貨運(yùn)飛船進(jìn)入了空間站，同時(shí)迅速適應(yīng)空間站內(nèi)的環(huán)境并四處蔓延。目前國際空間站內(nèi)共發(fā)現(xiàn)有76種微生物，其中包括致病細(xì)菌和真菌，以及能夠?qū)饘僭斐缮镄愿g的微生物。這些微生物會(huì)損害儀表盤、線路上的絕緣材料及其他類型的聚合材料。微生物的大量繁殖和材料的大量降解耗損將會(huì)導(dǎo)致空間站內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行失靈。

    而且，微生物也嚴(yán)重威脅著國際空間站內(nèi)宇航員的健康。微生物會(huì)釋放出毒素，且它們大量繁殖可能導(dǎo)致宇航員患傳染病的幾率增加。

    不過好在科學(xué)家基于以前的研究，使用一種特殊液體對空間站內(nèi)部進(jìn)行了殺菌清理，化解了這次危機(jī)。鑒于微生物未來還會(huì)對空間站造成襲擾，俄羅斯科學(xué)家準(zhǔn)備在站內(nèi)安裝一種名為“阿爾法”的特殊裝置。它能夠發(fā)射出波長200納米至400納米的紫外線。這些紫外線非常厲害，目前還沒有發(fā)現(xiàn)哪種微生物能夠在它的照射下繼續(xù)存活。

    只有嚴(yán)格滅菌星際探索才有保障

    在制造航天器材時(shí)，一些微生物也不免混入其中，科學(xué)家是否也考慮到了這方面的問題？

    劉志恒：航天器和航天儀器設(shè)備的制造可使用一類新型功能抗菌材料，來預(yù)防控制微生物的“污染”。此類材料是在原料中添加抗菌劑，使航天器材制品具有內(nèi)在的抗菌性，在一定時(shí)間內(nèi)可以將附著在材料上的微生物殺死或抑制其生長繁殖。

    您能為我們舉例說明一下嗎？

    劉志恒：好的。比如，可以在航天材料中添加無機(jī)抗菌劑材料，其中銀離子類抗菌劑是最常用的抗菌劑，有時(shí)為了提高協(xié)同作用，還要再添加一些銅離子、鋅離子。

    此外，還可以添加有機(jī)抗菌劑的材料，主要品種有香草醛或乙基香草醛類化合物，還有酰基苯胺類、咪唑類、噻唑類、異噻唑酮衍生物、季銨鹽類、雙呱類、酚類等。目前有機(jī)抗菌劑的安全性尚在研究中。一般來說有機(jī)抗菌劑耐熱性差些，容易水解，有效期短。

    還有，用高科技納米技術(shù)處理無機(jī)抗菌劑后制造的納米抗菌材料，因具有更為廣泛、卓越的抗菌殺菌功能，并且通過緩釋作用，能夠提高抗菌長效性，所以也是制造航天器材時(shí)常會(huì)用到的。

    對航天器可以做到嚴(yán)格滅菌，那么作為生命體的宇航員身上也會(huì)攜帶微生物，對于它們要如何處理？

    劉志恒：生物學(xué)家估計(jì)人體至少攜帶有10億個(gè)微生物，約占體重的2%。它們中的大多數(shù)都能夠與人體和諧相處，但有些也會(huì)致病。即使航天飛機(jī)、載人飛船、航天服、裝船產(chǎn)品等經(jīng)過再嚴(yán)格的真空消毒，微生物還是會(huì)隨著航天員的皮膚、人體分泌物、物資等途徑混進(jìn)乘員艙。因此，對于人體攜帶的微生物是無法清除的，也是不能清除的。我們只能通過開展載人航天生物保護(hù)系統(tǒng)中的微生物安全監(jiān)控策略預(yù)防微生物的危害。

    在進(jìn)行星際探索時(shí)，肯定會(huì)有一些微生物被“粘”回地球，我們會(huì)對它們做怎樣的防范？

    劉志恒：首先，為了厲行國際行星保護(hù)公約，我們應(yīng)不斷發(fā)展及應(yīng)用空間飛行器的生物載荷測量和減少生物載荷的技術(shù)，防患于未然。

    其次，我們還會(huì)對難以避免的“污染”進(jìn)行補(bǔ)救。在眾多太空任務(wù)中，有一類任務(wù)是“受限制地球返回”任務(wù)。說得通俗一點(diǎn)就是執(zhí)行這種任務(wù)的航天器，有可能受到過外星微生物“污染”，因而在返回地球前受到一定的限制。這種情況下所有返回的硬件在整個(gè)返回階段都應(yīng)采取防泄漏措施。如果采集了來自于目標(biāo)天體的未消毒材料（比如石塊樣本），那么還要對這些材料采取防泄漏措施。返回后，應(yīng)在嚴(yán)格控制下及時(shí)地采用最靈敏的技術(shù)分析收集到的未消毒樣品。如果發(fā)現(xiàn)任何可能的非地球復(fù)制物實(shí)體的信息，在沒有采用有效的消毒程序之前，我們都要嚴(yán)格保管防止泄漏。

    空間微生物利用好了也能造福人類

    地球環(huán)境中的微生物，與地外環(huán)境滋生的微生物，哪個(gè)更危險(xiǎn)？

    劉志恒：載人航天活動(dòng)中空間條件下微生物的危險(xiǎn)程度比地面條件下更大。在空間環(huán)境中的宇宙射線、微重力、噪聲等因素的協(xié)同作用下，航天員免疫功能下降，微生物的變異速度加快，致病力增強(qiáng)，航天員的健康狀況將面臨更大的挑戰(zhàn)。此外，載人航天器環(huán)境條件也易滋生細(xì)菌和真菌等微生物的生長繁殖，腐蝕電子元器件，影響航天精密儀器的正常使用。

    是否空間微生物都是有害的？

    劉志恒：并不是所有空間微生物都對人類及地球生物有害，我們知道空間生物學(xué)的重要研究內(nèi)容之一就是利用各種航天飛行器 （高空氣球、軌道衛(wèi)星、空間站、航天飛機(jī)等）探索生物對空間環(huán)境因子作用的反應(yīng)，即空間生物學(xué)效應(yīng)。

    我們是否可以因勢利導(dǎo)讓它們?yōu)槲覀兎?wù)？

    劉志恒：當(dāng)然可以。空間環(huán)境諸多的物理?xiàng)l件，如顯著的失重，熱交換影響，粒子穿透，宇宙射線，磁變影響，細(xì)胞懸浮，營養(yǎng)物的濃度梯度、毛細(xì)特性、流體行為等均可能引起生物體的遺傳和生物學(xué)特性的變異反應(yīng)。因此，我國在過去40多年里，利用各種飛行器，成功地搭載了動(dòng)植物和微生物樣品，去探討了解空間環(huán)境因子的生物學(xué)效應(yīng)，并發(fā)展新的生物技術(shù)服務(wù)于地球人類生活。 1987年中國科學(xué)院和有關(guān)單位首次利用我國發(fā)射的返回式科學(xué)衛(wèi)星，安裝搭載了 68件試驗(yàn)容器和裝置，開展了對 32種植物種子、6種植物愈傷組織、2種昆蟲、1種病毒和 7種微生物的生物學(xué)效應(yīng)探討。在隨后的 20年間，我國科學(xué)家利用我國成功發(fā)射的19顆返回式科學(xué)衛(wèi)星進(jìn)行了涉及航天醫(yī)學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、微生物學(xué)、水生生物學(xué)、放射生物等生命科學(xué)的廣泛研究，已經(jīng)取得了一些顯著成果。

    比如2005年，一株產(chǎn)生抗腫瘤的菌株12-S-11，利用我國發(fā)射的第21顆返回式科學(xué)衛(wèi)星進(jìn)行搭載實(shí)驗(yàn)，經(jīng) 15天空間飛行，產(chǎn)量提高85.55%。所以凡事都有兩面性，空間生物的保護(hù)和利用也是如此，未來我們會(huì)讓空間微生物更好地為人類造福。 本報(bào)記者／王 亮

    人物簡介

    劉志恒 中國科學(xué)院微生物研究所研究員、博士生導(dǎo)師。國家空間科學(xué)專家委員會(huì)委員，中國空間科學(xué)學(xué)會(huì)生命起源與進(jìn)化專業(yè)委員會(huì)主任，“伯杰氏”國際微生物學(xué)會(huì)終身成就獎(jiǎng)獲得者。先后承擔(dān)過國家自然科學(xué)基金，國家863計(jì)劃，國家載人航天工程，中國科學(xué)院創(chuàng)新工程等項(xiàng)目中的多項(xiàng)研究課題。主要研究方向?yàn)樵宋⑸锵到y(tǒng)學(xué)、資源學(xué)和宇宙微生物學(xué)。

責(zé)任編輯：王元

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