交出亮眼成績單 中國空間站實現多個國際“首次”

◎本報記者 陸成寬

在國際上首次完成水稻“從種子到種子”全生命週期培養實驗，創造國際空間水生生態系統在軌運行最長紀錄，在國際上首次檢測到空間微重力環境下骨骼肌細胞的自噬現象……中國空間站自2022年12月31日全面建成以來，憑藉長期微重力、宇宙輻射等獨特環境條件，交出亮眼成績單，實現多個國際“首次”。

1月13日，中國空間站空間應用系統科學與應用進展情況介紹會在上海舉辦。會上，空間應用系統總體單位中國科學院空間應用工程與技術中心高級工程師、應用發展室副主任巴金介紹，中國空間站已在軌實施180餘項科學與應用項目，上行實驗模塊、單元及樣品等近2噸科學物資，下行空間科學實驗樣品近百種，產出了一系列原創性科學成果。

實現中國在太空培養脊椎動物的突破

作為四大模式生物之一，斑馬魚因基因與人類基因相似度高且體形小、繁殖快、發育週期短，成為生命科學領域模式生物的後起之秀，被稱為“水中小白鼠”。

2024年4月25日，一批特殊“乘客”——4條斑馬魚隨神舟十八號進入空間站。它們與4克金魚藻一起組成了一個小型水生生態系統，被安裝在問天艙生命生態櫃開展空間實驗。實驗期間，水生支持裝置為金魚藻提供了LED（發光二極管）光源，保證金魚藻正常進行光合作用，確保這個生態系統的氧含量能滿足斑馬魚的生存需求。

“這一水生生態系統在空間站實際運行43天。其間，斑馬魚成功繁殖產卵，航天員進行了3次水樣樣品採集、1次魚食更換以及1次魚卵收集等操作，並在實驗結束後對斑馬魚進行了無害的固定和處理。”中國科學院水生生物研究所研究員王高鴻介紹，“我們通過天地對比發現，斑馬魚在軌出現背腹面顛倒游泳、旋轉運動、轉圈等空間運動行為異常現象。”

王高鴻説，這項實驗實現了中國在太空培養脊椎動物的突破，創造了國際上空間水生生態系統在軌運行最長紀錄，為空間密閉生態系統物質循環研究提供理論支撐。

“這項研究為後續利用斑馬魚作為脊椎動物模式生物，開展全面系統的空間生物學理論研究和空間水產開發提供了重要研究平台。”王高鴻表示，“未來我們將開展從魚卵到魚卵的太空斑馬魚實驗。”

獲得空間發育水稻和再生稻新種質資源

微重力如何影響開花？微重力影響植物開花的分子機理是什麼？能否在微重力環境下實現對植物開花過程的調控？

開花是植物結出新一代種子的前提。農作物的種子既是糧食，也是繁殖下一代的載體。想要真正解決人類長期空間探索的糧食保障問題，關於植物開花的基礎探索必不可少。

實際上，從20世紀50年代發射第一顆人造地球衞星以來，如何利用植物保障人類在地外環境中生存所需要的食物、氧氣和純淨水，就成為空間生命科學最為關注的問題。

在微重力條件下高等植物開花調控的分子機理實驗項目中，科研人員利用在軌即時圖像和返回的擬南芥實驗材料，獲得了不同開花時間擬南芥響應微重力的生長發育表型數據和天地比對轉錄組數據。

“這些數據不僅為深入解析植物通過調整開花時間適應空間微重力的分子機理提供了全新的視角，也為利用相關的轉錄調控元件人為控制空間植物的開花時間、培育具有較強空間環境適應能力的植物提供了新的途徑。”中國科學院分子植物科學卓越創新中心實驗師王麗華介紹。

同時，科研人員還完成了水稻“從種子到種子”的全生命週期空間培育，在國際上首次獲得空間發育的水稻和再生稻新的種質資源，並在樣品返回地面後實現了大田種植。

發現空間微重力導致肌萎縮的可能機制

人體有600多塊骨骼肌，佔體重的40%。這些骨骼肌對維持人體正常生理功能至關重要。代謝性疾病、肌少症等與骨骼肌功能和穩態異常密切相關。航天員在太空執行任務時會產生一些生理適應，比如肌萎縮。這與衰老、長期卧牀等產生的生理或病理改變有相似之處。

因此，發現骨骼肌細胞對微重力環境的感知和響應規律，揭示空間肌萎縮發生的機制，尋找相應的對抗措施，將為保障長期在軌航天員的運動能力和健康水平、提高在軌工作效能以及防治地面人羣骨骼肌萎縮等提供理論基礎、實驗證據和新的思路。

在空間微重力環境對骨骼肌影響的生物學基礎研究項目中，科研人員利用載人空間站提供的長期微重力條件，研究了空間微重力對骨骼肌細胞的影響，重點關注了細胞的生長、分化等情況。

2023年6月15日，該研究項目的實驗樣品通過神舟十五號返回地球。科研人員成功實現骨骼肌細胞的在軌培養和分化，觀察到了細胞融合和肌纖維形成等現象。同時，通過天地比對分析，科研人員還發現了空間微重力環境影響骨骼肌細胞自噬的規律。

“更重要的是，我們利用高通量測序獲得了空間骨骼肌細胞基因表達圖譜，發現了空間微重力環境通過影響自噬導致肌萎縮的可能機制及潛在分子靶標。”中國科學院上海營養與健康研究所副研究員李俞瑩説。

（科技日報上海1月13日電）