早在宇航员绕地球轨道运行之前,一只小昆虫就成为了第一批被送入太空的活着的乘客之一。 1947 年,果蝇被装载到新墨西哥州捕获的德国 V-2 火箭上,科学家们开始测试大气层之上的生命发生了什么。 以现代标准来看,这个实验很原始,但它开辟了一条跨越数十年的科学道路。果蝇后来因不同的原因登上太空任务,帮助研究人员检查遗传学、衰老、辐射和重力变化的影响。最后,科学家们将注意力转向另一个对人类产生影响的问题:太空中的免疫系统会发生什么变化?
1947 年的火箭飞行将果蝇送入太空
据印度昆虫学会 (ESI) 称,1947 年 2 月 20 日,果蝇被装载到新墨西哥州白沙导弹靶场缴获的德国 V-2 火箭上。 火箭到达约 109 公里,将昆虫和玉米种子装在一个小容器中。该实验的目的并不是要回答当今太空生物学的主导问题。科学家们感兴趣的是宇宙辐射会对大气层上的生物体产生什么影响。当时,将一些活着的东西送到地球之外本身就是一个新想法。20 世纪 50 年代,果蝇出现在其他高空实验中,包括气球和其他飞行器的任务。按照现代标准,这些早期的飞行是有限的,而且往往很严酷,但它们帮助建立了生物实验,作为太空研究的一部分,而不是事后的想法。
果蝇为太空研究人员提供了一种快速研究遗传学的方法
果蝇的吸引力与其与太空的联系无关,而几乎与实验室内发生的事情有关。果蝇的遗传学研究已有一个多世纪的历史。科学家们对它们的发育、繁殖和遗传了解很多。 许多与人类疾病有关的基因在果蝇中也有同源物,这使得研究人员能够研究直接在人类身上进行研究要困难得多的生物过程。例如,研究多代小鼠的研究人员需要更多的时间。动态变化可以在更短的任务窗口内出现并进行比较。数百或数千只也可以饲养在相对较小的栖息地,对食物和氧气的需求适中。
科学家开始发现送入太空的苍蝇发生了意想不到的变化
随着生物任务变得更加复杂,科学家们开始超越宇宙辐射的直接影响。20 世纪 70 年代的实验将辐射暴露和太空飞行与突变、衰老相关效应和生殖细胞损伤等变化联系起来。后来对太空任务期间饲养或出生的苍蝇的研究产生了其他观察结果。有些寿命较短,而研究人员还报告了机翼异常和储存能量储备的变化。发射和着陆使生物体受到绕地球轨道运行时不存在的力的影响,因此很难将微重力的影响与进出太空的体力消耗分开。苍蝇不仅仅经历不寻常的情况。在执行任务期间,您可能会遇到振动、加速度、重力变化、辐射、限制以及温度或其他环境因素的变化。
果蝇已成为了解太空旅行如何影响免疫力的窗口
当果蝇被用于更受控的太空实验时,注意力转向可能与宇航员直接相关的生物系统。FIT(真菌免疫和肿瘤发生)实验于 2006 年登上发现号航天飞机的 STS-121 任务,研究太空飞行如何影响果蝇对真菌感染的反应能力。该实验的结果后来发表在 PLOS ONE 2014 年一项题为“果蝇对 Toll-Mediated Infections Is Changed by Gravity and Spaceflight”的研究中。这些昆虫在 12 天的任务中成长为成虫,而那些暴露于太空飞行的昆虫表现出免疫反应受损。这一发现符合对载人航天更广泛的关注。宇航员在执行任务期间可能会经历免疫功能的变化,特别是当他们长时间远离地球时。当然,苍蝇无法复制人类免疫系统的每一个细节。它的价值在于其他地方。如果两个物种的基本生物途径发生变化,昆虫可能会提供一个更简单的系统来研究可能导致这种变化的原因。
一项从一名非常小的乘客开始的漫长实验
果蝇在太空中的历史跨越了近八年,从 1947 年的 V-2 火箭到国际空间站上的专业实验室以及现代航天器上的多代实验。他们的贡献从来不取决于规模。苍蝇无法告诉科学家人类宇航员将经历什么,但它可以揭示原本难以分离的生物变化。它们的快速繁殖使得这些变化能够迅速展开,有时需要几代人的时间。这就是昆虫不断返回太空的原因。随着任务从在轨道上的短暂停留转向更长的旅程,研究人员需要能够揭示重力、辐射、约束和时间相互作用时会发生什么的生物体。果蝇仍然是提出这些问题的最简单的方法之一。