斑马鱼。
资料照片

水生生保系统(备份件)。
新华社记者 金立旺摄

神舟十八号航天员乘组进驻中国空间站已近1个月,一系列空间科学实验有序开展。此次随航天员一同来到空间站的还有一批特殊“乘客”——4条斑马鱼。神舟十八号任务期间,4条斑马鱼将与4克金鱼藻组成小型水生生态系统,实现中国在空间培养脊椎动物方面的突破。

搭建小型水生生态系统

斑马鱼是一种常见的观赏鱼,体长约4-6厘米,因身体两侧从头至尾布满多条蓝色条纹而得名。它们性情温和、活泼好动,成群结队游动时,犹如奔驰的斑马群。

这次来到“太空之家”的4条斑马鱼承担“重任”——借助由斑马鱼和金鱼藻组成的小型水生生态系统,科学家将研究空间环境对鱼类生长发育、生态系统运行与物质循环的影响。

进入空间站后,斑马鱼生活如何?专家介绍,空间站小型受控生命生态实验组件由神舟十八号航天员转移至问天舱生命生态实验柜中开展实验后,目前在轨运行稳定、4条斑马鱼状态良好。

中国科学院上海技术物理研究所研究员郑伟波说,目前,航天员成功开展了两次水样样品采集和1次鱼食盒更换操作,发现了斑马鱼在微重力环境下表现出腹背颠倒游泳、旋转运动、转圈等定向行为异常现象。后续科学家将利用返回的回收水样、鱼卵等样品,结合相关视频开展空间环境对脊椎动物生长发育与行为的影响研究,同时为空间密闭生态系统物质循环研究提供支撑。

和人类一样,在太空环境中生存,鱼类也面临着适应性问题。为此,科学家打造了一套周密的生态系统。

在问天舱生命生态实验柜小型受控生命生态实验模块中,鱼类、植物和微生物协同参与——藻类光合作用产生的氧气供斑马鱼呼吸,鱼呼出的二氧化碳供藻类进行光合作用,进食产生的粪便则提供了藻类生长的养料。在饮食方面,科学家专门设计了鱼食,用注射器推进“鱼缸”。

这套“太空鱼缸”看上去很简单,实际上面临着不少已知和未知的考验。在太空中,鱼类生存的氧气不够怎么办?水变浑了该如何处理?面对可能出现的问题,科学家设置了紧急供氧系统、水质置换系统等诸多“配套”功能。

为了让斑马鱼在空间站更好地存活,航天员必须给鱼类喂食、供氧,为藻类提供营养液、照明,同时还要满足该系统pH值、溶氧、温度、电导率等指标要求,并进行参数调节、鱼卵收集、废物处理等操作。

为理解生命科学提供帮助

除了研究空间环境对脊椎动物生长发育与行为的影响之外,科学家还期待着斑马鱼能够在太空中产卵。

斑马鱼的繁殖周期约7天,1年可连续繁殖6-7次,产卵量高。专家表示,一旦发现小鱼排卵,系统将启动专用的排卵装置,把鱼卵收集起来。

为何选择斑马鱼作为研究对象?专家介绍,斑马鱼与人类基因组相似度高达87%,被称为“模式生物”(可用于研究与揭示生命体某种具有普遍规律的生物现象的一类生物)。此前在中国空间站种植的拟南芥和水稻,同样也是“模式生物”。

专家介绍,斑马鱼体型小,具有体外受精、体外发育、早期胚胎透明等特点,科学家可以完整观察研究其发育过程,这对于理解人类生命科学、疾病预防和治疗以及药物研发等意义重大。

上世纪70年代,美国遗传学家乔治·施特雷辛格首次对斑马鱼进行发育生物学研究。得益于其特性,斑马鱼在发育生物学、遗传学、基础医学、药理学、毒理学、药物研发以及生态环境评价等诸多领域得到广泛应用,成为生物学家的“爱宠”。

斑马鱼进入太空的时间也很早。1976年,斑马鱼随着苏联“礼炮五号”空间站进入太空。此后10余年间,苏联多次通过联盟火箭与宇宙系列卫星将斑马鱼等送入太空,开展在轨生物载荷实验。

2012年,日本将一个水生舱送入了国际空间站的日本实验舱,用于研究微重力对海洋生物的影响。3年后,日本实验舱利用18条斑马鱼进行肌肉实验,为制定航天员保健策略提供了参考和指导。

空间站90余项实(试)验相继开展

除了“太空养鱼”,神舟十八号还将利用舱内科学实验机柜和舱外载荷,在微重力基础物理、空间材料科学、空间生命科学、航天医学、航天技术等领域,开展90余项实(试)验,其中包括实施国际上首次植物茎尖干细胞功能在轨研究,揭示植物进化对重力的适应机制,为后续定向设计适应太空环境的空间作物提供理论支撑。

中国载人航天工程新闻发言人、中国载人航天工程办公室副主任林西强此前表示,中国空间站已在轨实施了130多个科学研究与应用项目,在空间生命科学、航天医学、空间材料科学、微重力流体物理等方向已取得重要成果,在国际一流期刊发表论文280余篇。

利用高温科学实验柜开展的新型材料空间生长研究项目,中国首次在空间获得了地面难以制备的高质量晶体材料,对高性能多元半导体合金材料制备具有指导作用;利用生物技术实验柜开展的人骨细胞定向分化的分子靶点研究、对骨骼肌影响的生物学基础研究等项目,取得的成果为促进骨折、脊柱损伤修复等骨质疾病的防治,以及对抗肌萎缩、防治代谢性疾病提供了新的解决方案。

林西强表示,中国将继续坚持应用为纲、效益为先,充分发挥国家太空实验室平台优势,持续产出更多高水平成果。(本报记者 刘峣)

《 人民日报海外版 》( 2024年05月23日   第 09 版)

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