【科技．未來】NASA雙胞胎實驗出爐　停留太空一年人體變化是…

1961年4月12日，蘇聯太空人加加林（Yuri Gagarin）成為首個到達太空的人類，但科學家至今對在太空生活的影響仍所知不多。五十八年後的同一天，美國太空總署（NASA）的「雙胞胎研究」（NASA's Twins Study）刊於《科學》（Science）期刊，嘗試回應這些疑問。在國際太空站（ISS）生活近一年後的太空人Scott Kelly與身處地球的孖生大哥Mark Kelly相比，身體起了甚麼變化？

Scott和Mark是NASA史上唯一一對雙胞胎太空人。2011年，Mark從NASA退役，現正競逐亞利桑那州參議員。Scott則從2015年3月底開始在國際太空站生活，至翌年3月初返回地球。在國際太空站上圍繞地球轉了340天期間，55歲的Scott從手臂抽血、保存尿液、打機測試記憶和反應速度、量度眼球形狀……收集身體數據。而在386公里下的地球，Mark進行着相同的測試。

雙胞胎實驗由10個組別、來自全球不同大學共82位科學家設計，實驗的理念很簡單，因為雙胞胎的基因極相似，任何出現在Scott身上、而在Mark身上沒有的轉變，都極可能是長期太空旅程所致。實驗成果在本月中正式發表，NASA希望藉此回答太空旅行的種種未知問題。Scripps Research Translational Institute總監Eric Topol讚揚：「這是至今對人類（在太空的變化）最深入全面的評估，我不知道有哪項研究可與之相比。」

在Scott那次歷時近一年的太空任務途中和前後，他與Mark進行了相同的認知和生理測試，科學家取了他們的糞便、尿液、血液等共317個樣本，分析它們在表觀遺傳、代謝物組、轉錄組、蛋白質組、微菌叢（microbiome）等方面有何轉變。NASA過往從未如此全面分析一個太空人，這一切都是首次進行。

在太空中實驗並不容易。「有些日子，可能一星期一次，我幾乎整天都在收集樣本。早上一醒來就抽血，經離心機處理後再雪藏。然後收集第一坨小便，接着整天繼續收集小便。這實在很麻煩，你要尿到袋裏，然後從那裝滿尿液的袋中拿走試管，再貼上條碼，掃描，放到雪櫃。雪櫃也有點複雜，每次不能打開太久，攝氏負80度可能會把人凍傷。同一天還要收集皮膚和糞便樣本。」 Scott回憶道。

收集到樣本後，研究工作才剛開始。Scott的樣本要以聯合號太空船（Soyuz）運回地球，血液會被分離成血漿和不同細胞，包括那些負責免疫功能的細胞。所有樣本都要化驗，數據由10個小組分享和分析。難怪整個計劃用了超過四年才完成。

歷來已有逾500人上過太空。那些執行任務不足一至六個月的太空人，在太空時身體都會出現一些共同毛病，例如因重力減少，體內會有更多液體流向頭部和身體其他器官，因而引發多種不適：太空人一般會頭痛和作嘔；容易臉部泛紅，耳朵或感到阻塞或壓力；也容易患上原因不明的「太空飛行相關神經眼部症候群」（Spaceflight Associated Neuro-Ocular Syndrome）。在國際太空站有40%太空人眼部都出現一定程度的損傷，包括視神經盤水腫、眼球扁平化、脈絡膜皺褶等。

此外，除非在太空劇烈運動，否則肌肉和骨質也會流失；人工光線及24小時內出現16次的日出日落，會打亂太空人的生理時鐘，導致失眠。

不止火花　而是煙花

Scott在太空長達一年，身體有甚麼重大變化？首先是「基因表達」（gene expression），即DNA控制細胞產生各種成分（例如蛋白質）的方式。Scott某些基因在太空中會「關掉」再「開啟」，特別是與循環和免疫系統相關的部分。領導基因小組的威爾康奈爾醫學院（Weill Cornell Medicine）遺傳學家Christopher Mason說，在太空任務前半程，Scott有近1,500個基因改變了表達，後半程改變的數量更是前半程的六倍。這或許表示人體在太空的每個階段都會改變，而非只在到達之時。

整個太空旅程，Scott共有逾10,000個基因表達改變了，Mason形容這改變「不止是火花，而像天空上的煙花」：「人類基因組約有58,000個已知基因，所以，我們看到他的身體有不少反應。」但返回地球六個月後，91.3％已改變的基因表達都回復了正常。

科羅拉多大學腫瘤學家Susan Bailey負責研究Scott的「端粒」（telomere），那是位於染色體末端的保護帽，會隨年齡增長和細胞分裂而變短。輻射或污染可令端粒加速變短，進而加速老化。但出奇地， Scott的平均端粒長度在太空中反而變長了14.5%。

Scott的腸道微菌叢也有變化。人體逾九成腸道細菌不是屬於厚壁菌門（Firmicutes），就是擬桿菌門（Bacteroidetes）。在太空中，Scott體內的微菌叢比例改變，厚壁菌門增加而擬桿菌門減少。

雖然在返回地球一周內，Scott的端粒大幅變短，六個月後平均長度回復正常，微菌叢比例亦然，但他身體出現了永久性變化，例如短端粒數量異常地增多。端粒變短和缺失，或表示患癌及老化相關疾病風險增加。Scott某一類基因表達也沒有改變過來，而這811個來自不同細胞的基因幾乎都與免疫功能和DNA修復有關。這對未來太空旅程或許是壞消息，因為正是這些基因在保護太空人免受輻射。

Scott回到地球後測驗了認知能力，成績也不及離開地球前。賓夕法尼亞大學認知科學家Mathias Basner說，那些測試專為太空人而設，測量記憶、專注力、動作辨識、風險承擔等能力：「他幾乎在各種測試中都變慢了，準確度也差了。」六個月後這情況仍然持續，「沒有再變差，但也並無好轉。」

研究也發現，升空前Scott和Mark都有某種DNA損傷，但Scott的損傷在到達太空後開始擴大，重返地球數月後仍然持續。Scott在國際太空站期間受到約146毫希沃特（mSv）太空輻射，相當於接受10至15次腹部電腦斷層掃描（CT）。Bailey的團隊認為Scott的DNA損傷與輻射有關：「這可增加他的基因不穩定性風險，這正是其中一種與癌症相關的因素。」

NASA心血管及視力實驗室首席研究科學家Stuart Lee還為Kelly兄弟測量頸動脈壁厚度：「Scott的頸動脈壁在旅程早期變厚了，在剩下的旅程中都維持這種情況。」這或許是心血管或腦血管疾病的先兆。

重返月球　放眼火星

在太空競賽重臨的新形勢下，這些發現更重要。多國政商翹楚意圖重返月球，並以此作為前往火星的踏腳石。可以預期，更多更長期的太空任務將接踵而至。NASA署長布列登斯廷（Jim Bridenstine）今年2月初在《Ozy》雜誌撰文：「有些人說重返月球只是在重覆五十年前做過的事，這不是我們的願景。我們會帶同創新的科技和系統到月球，盡可能探索它表面更多位置。這一次去月球，我們將會長駐。」

俄羅斯亦有類似計劃。2月初，俄羅斯衛星通訊社（Sputnik）引述俄羅斯中央機械製造研究所（TsNIIMash）文件指，該國預計2031年完成首次載人登陸月球計劃。中國也展現了一定野心和實力，今年1月，其月球探測器「嫦娥四號」登陸月球背面，是人類史上首次。

或有感新舊對手夾擊，美國副總統彭斯（Mike Pence）在3月底國家太空委員會會議上宣布，美國將致力於2024年載人重返月球，比NASA原定目標提早四年。彭斯指NASA會「用盡一切所需手段」達成目標，包括考慮轉用商業火箭。布列登斯廷在本月初的國會聽證上進一步澄清，NASA目標是2033年載人到火星：「我們需學習如何在另一個世界生活和工作，月球是我們證明所需能力和科技的最好地方。愈快達成這個目標，可愈快登陸火星。」

SpaceX是NASA的商業合作夥伴之一，其創辦人馬斯克（Elon Musk）曾說，人類的未來只有兩條路：一是永遠留在地球，等待着大規模物種滅絕的歷史重演；另一是把文明擴展至太空，成為「多行星物種」（multi-planetary species）。SpaceX計劃先在2022年以其Starship火箭（前稱BFR）運載兩艘載貨太空船往火星，2024年再載人登陸。

然而，對於人類可否長期在太空健康生活，是次研究似乎留下眾多問號。

相關文章：NASA雙胞胎實驗　遺下問題比答案多

上文節錄自第160期《香港01》周報（2019年4月29日）《NASA雙胞胎實驗出爐　停留太空一年　人體如此變化》。

【科技．未來】更多相關文章：

抗宇宙輻射　自製氨基酸　要咩基因先可以住火星？改造基因適應太空　你有無資格生存？

新太空時代：從政治角力到商業競賽特朗普命NASA轉型　太空商業化未得美國人心

各界重返月球　是競賽還是合作？降低升空成本　貝索斯要太空探索遍地開花

更多周報文章︰【01周報專頁】《香港01》周報，各大書報攤、OK便利店及Vango便利店有售。你亦可按此訂閱周報，閱讀更多深度報道。

【第一屆武博】武術唔關你事？手感、眼界、反應、身體協調、雙手控制能力，一定關你事！武博「武館街」內的8個武術遊戲，讓你逐一挑戰，親身體驗武術的樂趣，記得約定好友一同前來踢館！5月3至5日，眼界．決定境界，九展見！按此立即購票，或按此瀏覽武博專頁。