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NASA为什么要将精子送入太空?

据国外媒体报道,2018年4月,SpaceX公司进行了一次发射任务,向国际空间站提供补给。在2631公斤的货物中,包括了从太空的有利位置研究雷暴的设备,以及在轨道上种植蔬菜所需的器材,这类东西都是宇航员在进行研究时可能需要的。但与这些物品塞在一起的,还有一些不同寻常的东西:一个装有冷冻精子样本的容器。这些样本中,有美国加利福尼亚州一家精子库提供的12位匿名捐赠者的精子,还有6个样本是育种公牛的精子。

这些精子样本是一项名为 Micro-11实验 的太空任务的一部分。宇航员先将精子解冻,添加一些化学物质,以刺激精子的运动,并为精子与卵子融合做好准备。然后,他们将精子放在显微镜下,拍摄精子游动的视频。此外,他们还会进行化学测试。与此同时,在地球上,其他研究人员将对相同的精子样本进行同样的测试,以便进行比较。

精子获能是关键

美国国家航空航天局(NASA)网站上的文章介绍称,该实验旨在研究精子在微重力条件下的运动能力,即精子的移动和游泳的能力,以及它们在触发 获能 (capacitation)时的成功程度。获能是哺乳动物精子成熟之前的最后一个步骤,获能之后才能使卵母细胞受精。这项研究的结果可能有助于回答这样一个问题:如果人类将来定居在月球或火星上,或者冒险进入更遥远的宇宙旅行,人类是否有能力繁衍后代。

如果没有健康的精子,你就会面临在太空中多代生存的严重风险, 美国堪萨斯大学医学中心分子与综合生理学系荣誉退休教授乔 塔什(Joe Tash)解释道。塔什是这项实验的首席科学家,并担任美国国家航空航天局的顾问。

NASA艾姆斯研究中心的研究人员表示,自20世纪90年代以来,NASA一直在进行生殖和发育空间生物学方面的研究。例如,1995年3月14日出版的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上一项研究中,科学家诱导航天飞机上的雌蛙排卵,以便让它们的卵受精。研究表明,重力作用下受精卵的旋转并不是发育出正常蝌蚪的必要条件。

Micro-11实验标志着人类精子(除了男性宇航员体内的精子)首次被送入太空,而在此前已经有过涉及动物精子的研究。塔什表示,早在20世纪80年代,德国研究人员就用亚轨道火箭将公牛精液发射到太空中,让它们短暂处于一分半钟的失重状态。1997年,塔什和同事在两次航天飞机任务中发射了海胆精子样本。在这两次实验中,由于无法在显微镜下拍摄视频,所以他们转而研究信号转导,即精子细胞内控制尾巴扭动的分子机制。

德国的研究结果和塔什等人在1997年的研究都发现,精子在微重力环境中游动的速度实际上比在地球上快。但在塔什的一个实验中,他发现了在太空中生育的一个巨大障碍。当海胆精子暴露在卵细胞分泌的肽类中时,获能过程的发生要慢得多,而肽类本身就是触发获能的关键成分。

塔什表示,Micro-11实验将在分别收集微重力对精子游泳和获能能力影响的数据。

辐射暴露是个问题

微重力并不是影响太空生育的唯一因素。在地球附近,存在着由大量带电粒子聚集而成,在这个辐射层以外,辐射暴露可能会对生物造成严重的损害。2017年5月20日的《生殖》(Reproduction)杂志发表了一项研究,指出在太空中发现的带电粒子会对雌性老鼠的卵巢造成损害。

我们的研究发现,暴露在带电的氧或铁粒子时,有限的卵泡储备被耗尽,而这些粒子都是宇宙射线的组成部分, 该研究的通讯作者、加州大学欧文分校的医学、发育和细胞生物学以及公共卫生教授乌尔里克 卢德勒(Ulrike Luderer)写道, 这种损害是不可逆转的,会导致卵巢早衰(过早绝经)。

此外,卢德勒还表示,人类和动物研究提供的证据表明,暴露在伽马射线和带电铁粒子下会降低精子的活力。

此外,即使在太空中成功受精,怀孕和分娩也会面临问题。美国贝勒医学院太空医学中心的克里斯 伦哈特(Kris Lehnhardt)表示,目前还不清楚胚胎在太空环境中的发育情况,也不知道是否能够自然分娩。

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