沒有人知道現在的火星上是否有微生物存在。但如果在這個星球上的「居民」不只有人類的探測車和登陸器，那麼這些生物很可能是藏在地下的單細胞生物。地底環境不但能避開強烈的輻射，在深處的地熱系統附近，甚至有水、養分和能量能讓生物蓬勃生長 。

問題是登上火星的太空人，如果想利用這個星球的地下資源時，可能會暴露於潛在的火星細菌威脅下。更讓人擔心的是，先前科學家對地球微生物的研究顯示，某些細菌在太空中的表現特別奇怪。了解宿主與病原體之間的反應在太空飛行時如何變化，對於長期太空旅行來說非常重要。畢竟，人類前往火星的任務得花上好幾個月到幾年的時間。

亞利桑那州立大學（Arizona State University）的謝麗爾．尼克森（Cheryl Nickerson）表示：「在我們讓人進行長期飛行前往火星之前，最好弄清楚微生物對太空飛行環境的反應是什麼。」

偵測感染

在1960和1970年代，至少有兩次阿波羅（Apollo）任務被罹病的太空人影響。 1968年，阿波羅7號的指揮官華利．舒拉（Wally Schirra）在發射後15小時染上了感冒。很快地，他就把感冒傳染給其他的夥伴，焦躁不安的太空人甚至在太空中發動了一場「迷你叛亂」。

後來在1970年，在惡名昭彰的阿波羅13號任務發射之前，至少有一名預定的機組成員因接觸到麻疹患者而被替換。接著在飛行過程中，機組人員弗雷德．海斯（Fred Haise）出現尿道感染的症狀，他痛苦卻無法獲得治療，並進展為長期的腎臟感染。

現在，為了減少太空人在地球外罹患疾病的風險，太空機構會先對太空人進行隔離措施。根據目前美國航太總署的規定，在發射前七天，太空人會進入隔離空間，只能與經過批准的家庭成員和支援人員接觸。不過被隔離在哈薩克拜科努爾太空發射場（Baikonur Cosmodrome）的太空人薩曼塔．克里斯托福雷蒂（Samantha Cristoforetti）表示，實際上會接觸的人仍可能有40至50人。

「仍然有很多人和我們一起度過隔離的這段日子，」她說，「我們偶爾也會與其他人互動 ──不過我們應該要避免身體接觸，而且他們也會戴上口罩。」

在隔離期間，醫生會定期評估太空人和接觸者的感染症狀，像是發燒或喉嚨痛等等。

「雖然這聽起來可能不太有趣，但我們擔心的就是些平常的傳染病，像是感冒或是流行性感冒，因為這就是最常見的病原體。」美國航太總署詹森中心（Johnson Space Center）的醫生羅伯特．馬爾卡希（Robert Mulcahy）在電子郵件中寫道，「我們不希望像感冒這樣的普通疾病，影響了飛行機組員在進行發射和對接等關鍵操作時的表現。」

↑↑↑↑↑101科學教室：紅色星球

從哈薩克發射前往俄羅斯聯盟號（Soyuz）太空船的太空人，也得經歷類似的過程。但馬爾卡希和他的同事目前正在更新美國航太總署健康維持計畫（Health Stabilization Plan）中的檢疫規定，以符合將來商業機組員和從美國發射的美國航太總署任務需求。

他們所提出的修改，包括將檢疫期從7天延長為14天，增加了對太空人和訪客間直接接觸的限制，並要求在檢疫設施中工作的非太空人進行額外的疫苗接種。

「我們發現，像是麻疹這類疫苗可預防的疾病開始在美國捲土重來，」馬爾卡希說，「因此，在檢疫期間確保不會接觸到這些疾病非常重要。」

感受壓迫

保護太空人在飛行前不會暴露在染病風險下是一回事，但如果是藏在人類身體裡面或是在太空船上，跟著一起上太空的微生物，該怎麼辦呢？

數十年來，科學家一直在研究人類和微生物如何應付微重力環境，這可能也對我們將來要前往低重力環境的火星來說相當重要。雖然科學家尚未完全了解這些反應的確切機制，但研究結果顯示，太空飛行會改變傳染性微生物與免疫系統之間的對抗機制，原本微妙的平衡可能會轉變為對感染較為有利。

根據這項研究，低重力環境會減弱人體的免疫系統，使我們更容易罹病。同時，微重力似乎也改變了微生物在壓力下的反應。在某些情況下，甚至能夠增強致病能力和抵抗藥物的能力。在太空和地球上模擬微重力環境所進行的數十項研究顯示，太空飛行會影響某些細菌對環境的反應。

「我們實在非常驚訝，微生物的致病性竟然會因為太空飛行發生變化，」尼克森說。她的實驗室已經證明，有種造成人類食物中毒的特殊鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella enterica ssp. enterica ser. Typhimurium），如果在微重力環境待上一段時間後，會變得更加致命。

2006年，他們讓沙門氏菌跟著亞特蘭提斯號（Atlantis）太空梭進入軌道。當尼克森和她的團隊在地球上培養沙門氏菌時，太空人也同時在太空中進行培養。當太空梭返回地球時，尼克森讓小鼠感染了地球上和太空中的沙門氏菌。

結果如何呢？太空飛行增加了沙門氏菌的毒性，讓細菌能以更低的劑量更快速地殺死小鼠。但是，尼克森謹慎地指出，這種效果只是暫時的。

「這是一項短期的實驗，」她說，「我們所看到的不是永久性、可遺傳的變化，細菌只是為了適應環境而發生變化，如果環境再度改變時，細菌也會跟著改變適應方式。……這就是細菌為了生存下去，為了在任何地方感染人類所必須要做的。」

進一步的研究顯示，微重力環境正好與沙門氏菌常遇到的環境訊號相同──也就當液體在細胞表面移動造成力量減少時，向細胞發出可以開始感染的訊號。在地球上，這樣相對平靜的狀況可能發生在保護良好的肺囊或腸道中，但在太空中，到處都是這樣的環境。

「之前沒有人證明這一點，」尼克森表示，「沒有人想過物理狀態能夠改變生物體的毒性或致病性。」

全都堵塞

但到目前為止，研究者只有在沙門氏菌中，發現這種太空飛行誘發微生物對活體動物毒性增加的現象。但是還有許多其他研究顯示，太空飛行改變了微生物的生長、大小、新陳代謝、抗生素的抗藥性等特性。

這些實驗有些是在太空中進行，有些則是在模擬的微重力狀況下完成，測試的對象包含許多為人熟知的微生物，像是大腸桿菌（E. coli）、造成鼠疫的鼠疫耶氏桿菌（Yersinia pestis）、變種鏈球菌（Streptococcus mutans）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、枯草桿菌（Bacillus subtilis）和白色念珠菌（Candida albicans）──這是種會感染酵母的真菌。部分研究顯示，在微重力環境下，有些微生物的毒性變得更強，有些微生物則相反，或是沒有任何改變。

「在過去50年間的許多實驗顯示，在太空飛行期間進行微生物培養，會產生獨特的微生物反應，包括生長動力學、抗生素抗藥性，以及生物膜（biofilm）形成都會有所變化。」美國航太總署的馬克．歐特（Mark Ott）如此表示。

值得注意的是，生物膜的變化可能對人類健康和環境系統造成重大問題。這些微生物聚集並附著在表面上共同生長，形成複雜的分層結構，以增強對免疫防禦和不良環境的抵抗力。因此，這樣的情形若是發生在人體內部，會非常難以治療，如果是在太空站上，更會堵塞和破壞重要的太空站基礎設施。

「在自然界中，絕大多數的細菌都生長在附著於表面的微生物群體中，」倫斯勒理工學院（Rensselaer Polytechnic Institute）的辛西亞．柯林斯（Cynthia Collins）和她的同事在最近的一篇論文中如此報導，「在俄羅斯的和平號（Mir）太空站上，就發現了大量的生物膜，導致設備腐蝕和淨水系統堵塞。」

2011年，柯林斯和她的同事們將綠膿桿菌（Pseudomonas aeruginosa）──造成太空人弗雷德．海斯（Fred Haise）飛行時疾病的禍首──送入亞特蘭提斯號太空梭。他們發現與地球環境相比，在太空中的綠膿桿菌輕易地就能形成更厚、更大的生物膜，科學家還發現這些細菌形成了「在地球上從未見過的的柱－冠層結構」。

其他的研究更顯示，在太空中不但有細菌生長，這些微生物生長和行為的變化讓我們更難殺死它們。1982年在蘇聯太空站禮炮七號（Salyut 7）上進行的實驗結果顯示，特別是在地球軌道上的大腸桿菌，對抗生素的抗藥性會產生顯著增加。

最近，太空人泰瑞．維茨（Terry Virts）和傑夫．威廉斯（Jeff Williams）在國際太空站（International Space Station）內的八個地點──包括餐桌、太空人個人空間、廁所等──進行採樣，並將樣本送回地球進行培養。

「國際太空站不是個無菌的環境，」馬爾卡希說，「太空人會像我們在家一樣，定期進行清潔工作。」

隸屬於噴射推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory）的實驗小組，從這些樣本中培養出微生物，並進行基因定序，發現有九種致病生物和其他許多微生物，表現出多種抗生素的抗藥性──包括盤尼西林（青黴素）在內。基因定序的結果還顯示，這些微生物可能對其他抗生素也有耐藥性，不過這樣的假設尚未通過實驗驗證，也還無法證明太空飛行就是增加抗藥性的罪魁禍首。

即便火星既貧瘠又沒有生物生存，保持未來人類居住環境的清潔仍然相當重要。同時，我們也要找出最佳對策，以對抗可能在微重力狀態下蓬勃生長的地球細菌。

「我們能提前知道所有事情嗎？不，我們甚至不知道為何絕大多數的病原體會在地球上造成疾病，」尼克森表示，「但這非常重要，微生物統治著我們的世界，我們只是在微生物的世界裡生存罷了。」

撰文：Nadia Drake

編譯：林宇威

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