在太空中懷孕和繁衍人類,還有哪些科學疑問待解決?

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航太界正在做出宏偉的承諾。

今年五月，美國太空總署（NASA）詳細闡述了耗資200億美元的計劃，旨在建造一座由核能和太陽能供電的永久性月球基地。

到2032年，美國太空總署希望人類能夠在月球上擁有“半永久性”的住所。

美國太空總署也正在計劃首次將人類送上火星，預計這趟旅程將耗時七到十個月。

但如果我們想要在地球之外長期生活，我們也需要在那裏繁衍後代——這意味著我們需要找到方法來適應一些陌生的環境。

美國太空總署希望在​​2032年之前實現人類在月球上居住。

地球有磁場和濃厚的大氣層保護，而月球和火星等天體的表麵則遭受高強度太空輻射的轟擊。而且，由於它們比地球小，我們在那裏感受到的重力也弱得多。

此外，前往這些天體的過程也需要考慮——長途太空飛行可能會對人體，進而對生育能力產生影響，而這些影響我們目前尚未完全了解。

盡管在其他星球甚至外太空懷孕聽起來像是科幻小說裏的情節，但越來越多的科學家正在對此進行更深入的研究。

從科幻小說到科學研究

妮可‧麥克弗森博士（Nicole McPherson）是澳洲阿德萊德大學的高級講師，同時也是共濟會男性健康與福祉中心精子與胚胎生物學研究小組的負責人。

在和丈夫一起觀看了一部太空紀錄片後，她開始研究在太空中繁殖的可能性。

“最初隻是一個可能很有趣的科幻小計劃……現在卻發展成了一個重要的研究領域。”麥克弗森說。

她與研究團隊合作，在一個模擬生殖道的迷宮中，測量了精子在微重力環境下（類似外太空的重力環境）的導航能力。

他們發現，有些精子基本上迷失了方向，能夠到達迷宮終點的精子數量比正常重力對照組減少了50%。

雖然這項研究並未模擬火星等特定行星上的重力條件，但麥克弗森表示，它揭示了地球重力在精子正常行為中所扮演的角色。

“這凸顯了精子在自然受孕過程中所利用的基本引力。”她說。

重力帶來的挑戰不僅限於受孕。研究人員也研究了微重力對小鼠胚胎發育最初24小時的影響。

“我們觀察到更糟糕的結果——胚胎發育不良，早期胚胎的特征也存在缺陷。”麥克弗森說。

美國太空總署高級研究科學家法蒂·卡魯亞博士（Fathi Karouia）表示：“微重力會影響細胞的分裂、自我組織和通訊——所有這些都是受精和早期胚胎發育所必需的過程。”

輻射暴露

太空探索的第二個主要挑戰是輻射。

眾所周知，輻射對生殖細胞有害——生殖細胞是發育成男性精子和女性卵子的特殊細胞。

地球磁場保護我們免受太空中最嚴重的輻射侵害，但在地球磁場之外，包括火星上，情況就截然不同了。

土耳其健康科學大學的航空航天醫學專家阿卜杜勒·拉赫曼·恩金博士（Abdurrahman Engin）表示，銀河宇宙射線（GCR）是由超新星爆發等宇宙事件產生的。

這些爆炸產生的粒子可以穿透太空船的防護罩，深入人體組織——其強度遠遠超過地球上的輻射。

他進行了一項研究，旨在回答一個簡單的問題：未來火星任務中，假設懷孕期間，太空人所受到的銀河宇宙射線輻射量是否會超過地球上被認為對懷孕安全的輻射水平。

“不幸的是，答案似乎是肯定的。”他說。

火星表麵的重力比地球表麵弱得多。

在從地球到火星大約六個月的旅程中，懷孕的太空人可能會受到90到300毫西弗（millisievert）的累積輻射。

這遠遠超過了美國國家輻射防護和測量委員會建議的懷孕職業暴露限值5毫西弗。

如此高的暴露量可能會對發育早期階段的胚胎和胎兒造成重大風險，可能會損害其 DNA。

恩金說：“早期發育過程中細胞的快速分裂和器官形成意味著，即使是DNA結構、DNA 修複或細胞生長的微小破壞也可能導致終生後果。”

這些風險包括流產、生長受限、先天性異常、神經係統缺陷以及兒童終生癌症風險增加。

地球大氣層保護我們免受大部分輻射的侵害。

恩金博士表示，一些技術，例如太空船屏蔽或在太陽周期的特定階段安排任務，可以降低風險，但要完全阻擋宇宙射線“極其困難”。

卡魯亞指出，輻射和微重力共同作用“從根本上影響生物學”，但除此之外還有其他挑戰。

“太空飛行也會擾亂荷爾蒙調節、睡眠周期和晝夜節律，而所有這些都與生殖健康密切相關。”他說。

他解釋說，當這些因素結合在一起時，會擾亂精子或卵子的品質，以及懷孕期間胎兒生長所需的荷爾蒙等方方麵麵。

生物學課程

了解人類能否在太空中繁衍，對於思考如何在地球之外延續生命至關重要。

瑞典烏普薩拉大學分子與細胞生物學教授揚-貝恩德‧斯圖肯博格（Jan‑Bernd Stukenborg）表示，這不僅關乎人類能否在太空中繁衍，也關乎太空人的安全。

他指出，即使人類目前尚未在太空繁衍，太空人及其生殖細胞也已暴露於太空環境之中，而研究輻射對生殖細胞的影響或許有助於開發保護方法。

“如果皮膚細胞（因太空旅行）出現問題，那麽當人們死亡時，該皮膚細胞也會隨之死亡。”斯圖肯博格說。

但即使太空人目前尚未嚐試在太空中繁衍，生殖細胞的損傷也可能遺傳給下一代。

“因此，我認為這些研究極為重要。”他說。

專家表示，如果我們想進一步探索宇宙，了解太空繁殖所麵臨的挑戰至關重要。

麥克弗森表示，該領域的更多研究有助於我們了解人類生物學中其他更基礎的事項。

例如，她的研究發現，在實驗中成功到達迷宮終點的精子似乎具有一些特征，這些特征也使它們在受精和早期發育過程中更具優勢。

“如果我們能進一步了解這些精子能夠成功到達終點的原因……那麽我們就可以在操作體外受精（IVF）或試管動物（agriculture IVF）時做出選擇。”她說。

男性偏見

專家也承認，隨著越來越多的女性進入太空，關於太空生殖的研究需要擴大範圍，以避免男性偏見。

斯圖肯博格引用的研究表明，女性太空人在長期任務中主要服用避孕藥來抑製月經。

但麥克弗森表示，太空環境對月經周期的影響還需要進一步研究。

“我們目前還無法真正評估這個問題。”她說。

許多女性在太空飛行期間會使用避孕藥來抑製月經。

卡魯亞表示，有證據顯示卵巢功能可能受到輻射影響，而微重力可能會幹擾卵子成熟。

他說，目前最大的認知空白之一，就是懷孕本身。

“我們幾乎沒有關於哺乳動物懷孕如何在太空中完全進行的現代數據，尤其是在著床、胎盤發育和器官形成方麵。”他說。

幾乎所有人都認同一點——還有很多工作要做，而且至關重要。

“這不應該是一個禁忌話題……我們現在就必須思考這個問題。”斯圖肯博格說。