中國實驗首訪國際空間站

卡納維拉爾角悶熱的初夏傍晚，強烈火光炸開雲層。

 

美國太空探索技術公司“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），從佛羅裏達州卡納維拉爾角39A發射臺將“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”。美國航天局發言人凱瑟琳·漢布爾頓證實，由北京理工大學鄧玉林教授團隊獨立設計的一個實驗項目搭乘“龍”飛船上天。這個項目名為“空間環境下在PCR反應中DNA錯配規律研究的科學載荷”，旨在研究空間輻射及微重力環境對抗體編碼基因的突變影響。

 

這一創舉，標誌著我國自主研製科學實驗將首次登入國際空間站，也標誌著中美空間科學合作取得突破。“我們以科學的名義，將中國自主設計和研製的實驗第一次送去國際空間站，中國科學家做的是純粹的科學實驗，成果將造福全人類。”鄧玉林説。

 

研究

 

空間輻射及微重力環境對抗體編碼基因的突變影響

 

據介紹，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致航天員生理功能失調的重要因素，重離子是空間帶電粒子的重要組成部分，重離子輻射可導致多種DNA損傷和基因突變。空間微重力環境可導致多種細胞生理學功能失衡，如細胞骨架重塑、DNA修飾及發生異常的分子間相互作用等等。本次研究就是從關注航天員生命健康切入，延展到空間環境影響微（分子）進化的探索。

 

“此次載荷是採用微流控PCR儀，對抗體DNA片段進行在軌飛行狀態下的基因擴增，來模擬人類生命的延續與發展。在空間飛行結束後，分析基因突變規律，進而探討空間輻射及微重力環境下的基因誘變機理。”團隊主要成員、北京理工大學生命學院副教授李曉瓊介紹。

 

本次升空的空間生命科學載荷，由鄧玉林團隊自主創新研製，是繼該團隊所研製的載荷在2011年神舟八號搭載、2016年長征七號首飛搭載以及2017年天舟一號搭載之後的又一次“太空之旅”。

 

在神舟八號載荷實驗的研究中，他們發現了一些令人吃驚的現象。“當時，我們帶了幾種不同類型的基因上去進行擴增，但當載荷返回地面進行測定時，我們發現幾種基因有很大的差別，代表神經、代謝系統功能的基因變化很少，而代表反應免疫的基因變化卻很多。”鄧玉林説。

 

研究團隊推斷，空間環境之於基因突變可能與生物分子進化有著重要的聯繫。鄧玉林團隊提出大膽設想，即將抗體編碼基因片段作為研究空間環境對分子進化影響的模型，並由此設計、研製了此次空間實驗。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。載荷預計于7月回收，實驗數據將傳回北京理工大學。

 

探索

 

在嚴苛條件下實現20種基因的突變規律研究

 

此次空間實驗不僅具有理論上的創新，在技術上也做出了多種新的探索。鄧玉林介紹説，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塊晶片，60個通道，將對20個基因在空間輻射及微重力環境下，在軌開展抗體編碼基因的突變規律研究。“能在體積如此嚴苛的載荷條件下，實現20種基因的突變規律研究，這一技術在國際上也是領先的。”他説。

 

團隊利用微流控晶片模擬人體發育過程，利用擴增技術模擬細胞中基因複製，實現對生命擴增與發展的動態過程模擬，從而掌握環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基因擴增的技術難題，“溫度過高會給晶片帶來巨大的壓力，容易産生破裂。2011年‘神八’搭載時，我們就攻克了這項難關——用微流控晶片來實現變溫PCR擴增技術，在‘狹小’的載荷儀器中，開展‘大量’的科學研究。”李曉瓊説。

 

鄧玉林説，“這是一項基礎性生命科學研究，具有重大的科學意義，其潛在應用價值十分廣泛”。“團隊在國際上首次利用空間環境開展‘微進化’研究，一方面有助於我們認識空間環境對於生物進化規律的影響，另一方面有助於我們掌握基因突變規律，對其做出相應改變和修飾，更好地適應環境，這對人類發展具有重要的影響。”北理工生命學院王睿博士説。

 

為什麼一定要在空間環境操作實驗？鄧玉林説：“作為一個絕佳的試驗平臺和創新平臺，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，但有很多生命科學現象在進化過程中被掩蓋了。因此，如果到空間環境開展科學實驗，就有可能發現在地面上不了解和難以發現的現象和知識。”

 

破冰

 

通過商業模式開闢中美太空合作新途徑

 

這並非一次“説走就走的旅行”。

 

受阻于美國國會首次於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或由白宮科技政策辦公室協調的科研合作均遭到限制，其涉及範圍廣泛，界限模糊，即使中美民間科學項目合作有時也會受到影響。

 

在這一背景下，此次中國自主研製的實驗項目通過商業合作模式前往國際空間站，具有“破冰”意義，頗受關注。通過商業合作模式實現中美空間站領域合作，也為中美太空合作開闢了新的途徑，開創了中美空間領域合作的新局面。

 

鄧玉林團隊在2015年8月與美國納諾拉克斯公司簽署協議，並通過各項審查，為國際空間站帶去首個中國項目。事實上，從2011年初具實驗設想，到2015年通過各項審查，獲得美國航天局批准，直至載荷最終升空……用鄧玉林的話説，“其間經歷數次推遲，過程中有太多障礙和困難”。

 

根據雙方協議，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展開，據介紹，這也是中國高校校旗首次出現在國際空間站內。美國佛羅裏達航空局商業發展部負責人托尼·甘農讚嘆道：“中國科研人員已經證明，他們是真正的科學家。科學探索是全人類的事業，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實驗從這裡送往國際空間站。”

 

此次中國自主研製的實驗項目，通過商業合作模式前往國際空間站，頗受關注。美國太空網評論説，這一合作或將融化中美太空合作的“堅冰”。美國多個太空政策專家則認為，這開拓了一種全新商業合作模式，可能成為中美兩國未來聯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）