一項針對俄羅斯太空人的最新研究顯示,太空生活會帶來許多意想不到的後果。

在國際太空站上工作的俄羅斯太空人亞歷山大.斯科沃爾佐夫(Alexander Skvortsov),正在進行歷時5小時11分鐘的太空漫步。 PHOTOGRAPH BY STEVE SWANSON, NASA

人類的肉體已經演化成適應地球重力而運作,如果少了重力,我們的身體就無法以穩定的節奏維持正常機能。在太空中,體液的浮動方式和在地球上不同,而遺傳物質DNA的表現也不一樣,即使是最健康的人類要應付太空旅行,仍然是件苦差事。

最近,科學家對太空人的研究特別轉而關注人體的一個重要器官:腦。研究結果顯示,即使太空人回到地球上已經7個月,因失重狀態所引起的腦部組織變化仍舊沒有恢復。

這項在近期在《新英格蘭醫學雜誌 》發表的研究,記錄了太空旅行對太空人的影響。參與研究的太空人在國際太空站上生活了約189天,比利時安特衛普大學的科學團隊在每次任務前後,都使用核磁共振造影拍攝十名男性太空人的腦部影像。在任務結束7個月後,他們再度掃描其中7位太空人的腦部結構。

正如先前的研究顯示,太空旅行似乎會增加腦脊髓液,這種清澈的液體能在運動或遭受撞擊時,為腦部發揮緩衝作用,並幫助保持正常的腦壓。

德國慕尼黑大學的研究人員彼得.艾林波(Peter zu Eulenburg)表示:「我們的身體是設計成在有地球重力的狀況下運作的,一旦沒有了重力,所有的體液都會往上流動。」最新的研究顯示,過多的腦脊液可能會壓迫大腦灰質,這是一種含有神經纖維和神經細胞體的深色神經組織。雖然在回到地球7個月後,大部分的腦結構已經恢復,但似乎有部分的影響仍持續存在。

主要由神經纖維組成的大腦白質,雖然在一開始看起來沒有什麼變化,但是在太空人返回地球的幾個月後,白質的體積似乎縮小了。研究人員推測,罪魁禍首是腦脊髓液。腦脊髓液增加所帶來的壓力,可能迫使腦中的水分進入纖弱的白質結構。一旦太空人返回地球後,壓力減輕,導致水分散逸,白質的體積就變小了。

在太空中長期生活似乎會影響腦部結構,但目前尚不清楚這些變化是否會影響我們的認知。 PHOTOGRAPH BY ROBERT CLARK

至於這些身體上的變化,是否代表在認知功能或是心理健康上有什麼改變,仍有待進一步的研究確認。但有愈來愈多的證據顯示,對來自地球的探險家來說,太空活動會帶來長久的影響。當將來人類前往地球軌道,或是有天更深入太空之時,我們得先準備好面對這些生理變化。

體液壓迫眼球

腦脊髓液變化還可能帶來另一種影響:視線模糊。返回地球的太空人經常會抱怨視力變差,一開始科學家認為是因為在低重力環境下,身體內的液體會往上流動的緣故。根據美國航太總署(NASA)的估計,雙胞胎太空人史考特.凱利(Scott Kelly)待在太空中的340天內,大約有相當於一瓶2公升汽水瓶的液體,從他的腿部流向頭部。這會使太空人的臉部浮腫,科學家認為這可能是造成視力問題的原因。

但在2016年,研究人員將視力問題歸咎於更為特定的原因:過多的腦脊髓液可能會在眼球的後方施加壓力,使這個球狀器官變得更扁平,並導致視神經凸起。對一些太空人來說,回到熟悉的地球重力環境下,會讓他們的視力再度恢復清晰。但是,就像這項最新研究所顯示的,並不是所有的腦脊髓液在太空人回到地球後都回復正常狀態。因此,並非所有太空人都如此幸運,能夠恢復正常的視力。而且,目前對這種太空生活所導致的視力模糊,幾乎沒什麼有效的治療方法。

DNA竟改變了?

今年稍早,關於史考特.凱利DNA突變的頭條新聞,沸沸揚揚地引起討論,甚至連凱利本人也對此消息感到驚訝。「什麼?我的DNA改變了7%!誰知道呢?我也是看報紙才知道!」凱利在推特這麼發文:「這可能是個好消息!我不用再說馬克.凱利(Mark Kelly)是個跟我一模一樣的雙胞胎兄弟了!」

雖然他的DNA實際上並沒有發生突變。當然,他同卵雙胞胎的DNA狀態更是從來沒有發生變化,但太空中的環境的確影響了某些基因的表現。

構成基因的DNA序列,大部分都是沒有用的片段。相反地,DNA就像是組成人體蛋白質的藍圖。要實際建構或是表現某些蛋白質,得要將某些基因的開關打開來才行。太空旅行似乎影響了某些基因的表現量,尤其是與免疫系統、DNA修復,和骨骼生長有關的基因。根據美國航太總署的研究,在凱利回到地球後,有7%的基因其變化持續了6個月之久。

肌肉萎縮、骨質流失

地球上的重力讓人體的工作量非常驚人,即使只是躺在沙發上看影集也是如此。但在太空中缺少了重力,這表示肌肉很快就會鬆弛萎縮,骨骼也會變得脆弱。每個月太空人的骨質可能會損失約1%到2%,其中又以背部和腿部的骨骼流失最為嚴重。骨質流失會增加血中的鈣含量,因此增加腎結石的風險。

↑↑↑↑↑太空人威廉斯(Jeff Williams)花了534天在太空中,是美國史上滯留太空時間最長的男性太空人(女性太空人則是Peggy Whitson,停留了665天)。威廉斯更在太空站發揮了自己對攝影的濃厚興趣,記錄了地球樣貌。

科學家知道太空生活會帶來這些嚴重的影響,已經有好一段時間了。在國際太空站上生活的太空人也非常努力地運動,以克服在低重力環境下的肌肉和骨質流失。控制飲食中的營養,尤其是補充富含鈣和維生素D的食物,也有助於降低這些風險。

雖然太空人有很多方法可以緩解這些症狀,但是一旦他們回到地球上,仍然需要一段時重新適應。「光是要把自己的頭支撐起來,就是種很詭異的新體驗。」2013年,太空人克里斯.哈德菲爾德(Chris Hadfield )在國際太空站待了一段時間後,這麼告訴加拿大廣播公司新聞臺(CBC News),「在太空中的五個月,我都不必把頭頂在脖子上。」

活跳跳的太空精子

雖然太空生活會帶來許多不好的影響,但未來進行太空旅行的旅人,也許不必擔心一件事:生育寶寶。2017年的一項研究發現,冷凍乾燥的小鼠精子即使在地球軌道上待了9個月,仍然可以產生健康的小鼠。

當然,在太空中發生性行為仍然可能會有些問題,目前還沒有人承認曾經在太空中嘗試過,但低重力環境並不是最適合我們的狀況。儘管如此,針對小鼠的研究結果顯示,人工輔助生殖技術或許可以幫助我們的後代在其他星球繁衍。

撰文:MAYA WEI-HAAS

編譯:林宇威

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(本文的網頁首圖Photo Credit : IIP Photo Archive, via Flickr, CC BY-SA 2.0