與人類基因的相似度達87%：航天員飼養的“飛天小魚”特別在哪？_風聞

來源：中國航天報

4月26日，“神十八”航天員入駐空間站，後續將實施國內首次在軌水生生態研究。

航天員在失重環境下飼養水生生物，需要克服哪些困難？參考國內外類似實驗，有可能取得哪些意義特殊的成果？又具有怎樣的應用價值呢？

▲模擬太空養殖設備中的斑馬魚

特殊環境挑戰不小

想要了解太空養魚的困難，我們有必要初步瞭解此次“飛上天宮”的斑馬魚，理解它為何能夠幸運入選。

斑馬魚是原生於南亞地區的熱帶淡水魚，除觀賞價值外，也是繼小鼠和大鼠之後的第三大脊椎類模式生物，其優勢包括：每條雌魚每次產卵200～400枚，“樣本”充足，便於遺傳學篩選；體外受精發育，早期胚胎透明，能夠完整觀察研究其發育過程；成年魚長約4釐米，養殖成本低，適合實驗室條件；繁殖週期短，從受精卵發育到能遊動的胚胎個體只需24小時。

此外，斑馬魚基因與人類基因的相似度高達87%，其早期胚胎髮育過程也與人類高度相似，在生物體再生能力研究領域很受青睞。而且，斑馬魚存在多種經基因編輯後的轉基因人工培育種，促使其在免疫學、藥理學、毒理病理學及生態環境評價等科研領域應用非常廣泛。

太空養魚絕非易事。在太空微重力條件下，斑馬魚很可能會改變遊動方式，放大對周邊環境的“嬌貴”要求：養殖水温需維持在28～29攝氏度，pH值、鹽離子濃度等需維持在一定範圍內，有規律的光照週期必不可少等。

▲裝有斑馬魚和金魚藻的小型受控生命生態實驗模塊

航天員為了保障系統穩定運行，既要做好餵食、供氧、為藻類提供營養液、照明等基礎工作，還要滿足斑馬魚和金魚藻對水體pH值、鹽離子濃度、溶氧、温度、電導率等指標要求，並實時進行參數調節、魚卵收集、廢物處理等操作，從而確保系統內部物質和能量的自主平衡及穩定運行。

另外，水生生態實驗模塊具有特殊性，屬於密閉的有氧環境，這也給有害微生物提供了生存條件。如果不加防範，這些微生物有可能逐漸侵蝕電纜、材料和電子器件，影響實驗進程，甚至危害航天員的健康。因此，國內首次在軌水生生態研究對航天員和實驗艙生命生態科學實驗系統都是不小的挑戰。

國際成果層出不窮

1973年7月28日，美國飛船攜帶兩條加拿大底鱂及其50顆魚卵，前往“天空實驗室”。這是人類第一次將魚類送入太空，研究項目較多，包括探究魚類的三維空間運動能力是否會受到失重影響，以及失重環境下胚胎髮育的狀況等。

剛進入太空時，因為失去重力引導的前庭系統作用以及可見光給予的視覺信息，魚類只會不停地打轉。到了第22天，魚類已能正常遊動，表明通過自身機能調節，魚類可以適應失重環境對自身空間運動能力的影響。在太空實驗中，50枚魚卵中的48枚健康孵化。

受此啓發，在1974～1987年間，蘇聯多次通過聯盟火箭與宇宙系列衞星將斑馬魚與鱂魚卵送入太空，開展在軌生物載荷實驗。

1994年7月，4條日本青鱂魚及300餘顆魚卵被美國哥倫比亞號航天飛機送入國際空間站微重力實驗室2號魚箱。航天員觀察發現，青鱂魚可以交配、產卵，並在15天后孵化出幼魚。這些在太空微重力環境下孕育的脊椎動物胚胎，揭示了多種具有普遍規律的生命現象，具有重要的科研價值。

2012年8月，1個日本“水族箱”與32條青鱂魚被送上國際空間站日本實驗艙。與斑馬魚類似，青鱂魚通體透明，可迅速繁殖，而且基因序列已被完整地研究過，因此有利於研究它們在失重條件下的體內器官變化，關注其受輻射影響的骨骼退化和肌肉萎縮等症狀，辨識出受太空環境影響的基因變化。這些青鱂魚在太空生活時間最長達90天，日本科學家藉此研究了太空環境下的骨質流失問題，為防治航天員骨質流失提供了參考。

航天員在微重力環境下長期執行任務，難免出現肌無力症狀。2015年，日本實驗艙利用18條斑馬魚進行肌肉實驗，為制定航天員保健策略提供了參考和指導。顯然，太空養魚實驗成果為後續載人航天事業提供了寶貴的幫助。

應用價值不可低估

據公開資料顯示，在“天宮”建成前，我國依靠返回式衞星、飛船與空間實驗室，開展了一系列水產太空育種、太空生態生保實驗，成果具有經濟與科學意義。

2012年，我國順利完成了首次受控生態生保集成實驗，突破了人-植物氧氣和二氧化碳交換動態平衡調控、微生物廢水綜合處理和循環利用等多項航天生態生保關鍵技術，大氣、水和食物的閉合度分別達到100%、85%和15%。這意味着，中國航天員中心的第三代受控生態生保實驗平台研究取得重大進展。

2022年問天實驗艙入軌後，我國航天科研人員長期設想的“在軌建立穩定運行的空間密閉水生生態系統”具備了基礎條件。此次航天員將在問天實驗艙內構建以斑馬魚為主要研究對象的小型密閉生命生態系統，進一步具體驗證我國長期載人航天飛行環境控制生態保護技術成果，實現我國在太空培養脊椎動物“零的突破”。

事實上，太空和地球環境差異巨大，資源自給自足對於載人航天探索非常必要，空間生命科學實驗也是航天強國發展的必經之路。

或許在不久之後，我國將在太空環境下進行更深層次的哺乳動物細胞期胚胎實驗，探尋太空環境對早期胚胎髮育的影響。未來長期太空探索中，哺乳動物乃至人類的生殖生育問題難以迴避，預先研究不可或缺，而在軌水生生態研究將為此提供基礎性科學依據。

放眼更遙遠的未來，環境控制技術與航天基礎技術不斷進步，相輔相成，將為建立外星球基地生命保障系統提供必要的技術支撐。

當人類漫步外星球時，或許會想起那些為太空探索作出貢獻的小魚們。