7月24日14時22分，中國天宮空間站實驗艙“問天”成功在文昌航天發(fā)射場升空，準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。
“問天”已奔“天宮”，讓越來越多的人對“耕漁太空（在太空種糧食、養(yǎng)魚蝦）”滿懷憧憬。此次問天實驗艙以生命科學(xué)和生物技術(shù)研究為主，生命生態(tài)實驗柜以多種類型的生物個體為實驗樣品，開展斑馬魚、擬南芥、線蟲、果蠅等動植物的空間生長實驗。
為何問天實驗艙會選擇帶斑馬魚上太空?如何實現(xiàn)太空養(yǎng)魚？太空輻射會使細(xì)胞變異嗎？斑馬魚又如何為人類太空飛行提供健康保障？……今天，我們來一一揭秘！
為何選擇帶“斑馬魚”上太空？
斑馬魚上太空的歷史，可以追溯到1976年跟著前蘇聯(lián)的“禮炮五號”空間站上太空。2012年7月20日，日本空間局（JAXA）也曾將一個水族箱（又稱為“水生生物棲息地（Aquatic Habitat，AQH）”）送上了國際空間站，通過這個獨特的設(shè)施來研究微重力對海洋生物的影響。
日本航天局JAXA在國際空間站上研究魚類的水生棲息地（AQH）（圖片來源：NASA）
斑馬魚，作為與人類基因同源性高達(dá)87%的世界第三模式生物，其生理、發(fā)育和代謝與哺乳類動物高度相似，能可靠模擬和預(yù)測人類生理、病理過程，在生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、藥物研發(fā)、保健食品開發(fā)、化妝品和食品安全評價等諸多領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。
目前，太空中的高輻射環(huán)境可能對人類健康產(chǎn)生一系列不利影響，包括肌肉萎縮、骨質(zhì)流失和視力模糊。而且，長期待在太空，宇航員可能會面臨腸道微生物組異動、蟄伏狀態(tài)的病毒被重新激活、白血病和線粒體紊亂的危險，但經(jīng)過對斑馬魚的全新研究顯示，誘導(dǎo)冬眠可能有助于減低這些風(fēng)險，并有助于更好地解決失明、理解睡眠和修復(fù)受損的心臟等諸多問題。
“斑馬魚-水草-微生物”小型受控生命生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建（地面模擬實驗）
斑馬魚為太空飛行提供健康保障
據(jù) The Fish Site 2021年6月5日報道，貝爾法斯特女王大學(xué)正在進(jìn)行一個新項目，旨在通過研究斑馬魚的“冬眠”行為開發(fā)出人類在太空旅行的保護(hù)措施。
科學(xué)家們讓一組斑馬魚處于麻醉狀態(tài)，另一組作為比對組，兩組都承受了人類在前往火星六個月旅程中可能遭受的輻射。然后，他們使用染色體分析來研究兩組斑馬魚的基因表現(xiàn)。
科學(xué)家們在普通斑馬魚身上觀察到了氧化應(yīng)激、DNA損傷、應(yīng)激激素信號以及細(xì)胞分裂周期的變化。然而，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在冬眠的斑馬魚中，誘導(dǎo)冬眠所引起的較低代謝活動通過減少氧化應(yīng)激和增加對錯誤折疊蛋白質(zhì)的檢測和清除，提高了對輻射的保護(hù)作用。
研究結(jié)果顯示，當(dāng)斑馬魚處于誘導(dǎo)的冬眠狀態(tài)時，新陳代謝和細(xì)胞中氧濃度的降低導(dǎo)致更少的氧化應(yīng)激，從而增強(qiáng)了對輻射的抵抗力。這些發(fā)現(xiàn)揭示了代謝率降低能如何保護(hù)人類免受輻射，以及如何幫助人類實現(xiàn)類似的冬眠，以此來減輕他們在目前太空飛行中所面臨的損害。
太空養(yǎng)魚，斑馬魚的“實力秀”
耕漁太空，實驗先行！在空間站開展生命科學(xué)研究，對實驗環(huán)境的溫度、濕度、光照、液體及氣體組分等都有嚴(yán)格的要求。
在問天實驗艙，科學(xué)家構(gòu)建了以斑馬魚為研究對象的小型密閉生命生態(tài)系統(tǒng)。這是個密閉的“水族箱”，其中約有1升多水，四五條斑馬魚，還有些藻類和微生物。其中魚類是這個生態(tài)系統(tǒng)的“消費者”，藻類相當(dāng)于“生產(chǎn)者”，微生物則充當(dāng)“分解者”。
為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，必須為魚類喂食、供氧，為藻類提供營養(yǎng)液、照明，同時滿足該系統(tǒng)pH值、溶氧、溫度、電導(dǎo)率等指標(biāo)要求，并能進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)、魚卵收集、廢物處理等操作，從而實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)和能量的自主平衡及穩(wěn)定運行。
據(jù)介紹，這套“天上養(yǎng)魚”系統(tǒng)是個密閉的自動化系統(tǒng)，它能監(jiān)測和控制系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)并傳輸實時數(shù)據(jù)、圖像等。在太空微重力環(huán)境下，魚缸必須密閉處理，不然水會飄走，斑馬魚游動起來也會將水推開。而且，太空沒有浮力，魚在該系統(tǒng)游的時候什么花樣都可能出現(xiàn)。斑馬魚必須靠自己的適應(yīng)能力，調(diào)節(jié)在水中的姿態(tài)，適應(yīng)微重力環(huán)境。
環(huán)特生物，作為國內(nèi)斑馬魚技術(shù)應(yīng)用的從業(yè)者，十年如一日，以斑馬魚技術(shù)為核心，深度挖掘、創(chuàng)新斑馬魚技術(shù)的應(yīng)用場景，將斑馬魚生物評價技術(shù)和基因編輯技術(shù)“產(chǎn)學(xué)研用”一體化，并成功應(yīng)用于藥物、保健食品、化妝品、食品的配方研發(fā)、原料篩選、生產(chǎn)質(zhì)控、營銷背書、新品備案及斑馬魚實驗室的建設(shè)運營等。
未來，環(huán)特生物將攜手更多的化妝品、保健/功能性食品企業(yè)及藥企，持續(xù)進(jìn)行斑馬魚基因編輯與生物評價技術(shù)迭代與創(chuàng)新，以好技術(shù)見證好品質(zhì)，以科學(xué)助力健康美麗產(chǎn)業(yè)發(fā)展！