5月11日,搭载天舟十号货运飞船的长征火箭成功发射,飞船除了为空间站带去各类补给物资,还捎上了来自华南理工大学医学院王强教授团队的40枚斑马鱼胚胎,这也是我国的斑马鱼第三次上太空。如今时间已过去半月有余,据王强教授团队介绍,40枚胚胎均已孵化为斑马鱼幼鱼宝宝,目前所有样本已被自动注入固定液,转移至低温储存箱,并计划在未来随飞船返回地球。为什么要选斑马鱼来做实验?小小的斑马鱼在太空如何安稳存活?
鱼在太空如何生活?
二元封闭生态系统
金鱼藻与斑马鱼构成的二元封闭生态系统。
“我国已经尝试送小鼠上太空生存两周。要管小鼠在太空的吃喝拉撒睡,同时还必须尽量控制生存系统的体积和重量,是非常难的。至于猴子、猪等大型的模式动物,生态系统的构建更加复杂,所以选择斑马鱼。”
自2024年起,斑马鱼连续3年被送上空间站。如何让斑马鱼在太空长期生存是首要难题。“太空处于失重环境,鱼池必须完全密封才能防止水和鱼跑出去。鱼的生存还必须有氧气、有食物,排泄物也需要及时清理。”王强说。
2024年的首次太空实验中,我国科学家成功验证了“二元封闭生态系统”的可行性。该设备由中国科学院武汉水生生物研究所和中国科学院上海技术物理研究所联合研制,主要由金鱼藻和斑马鱼两类生物构成。金鱼藻在空间站的日光灯照射下产生光合作用,吸收二氧化碳产生氧气,使水中溶氧量达到动态平衡。金鱼藻还可以吸收斑马鱼的排泄物,净化水质。该设备还能自动投喂饵料。最终,这批鱼在太空中成功生活了40多天。
随着设备的验证成功,中国载人航天工程任务总指挥部和中国科学院空间应用工程与技术中心将后续斑马鱼的太空实验任务交给了华南理工大学医学院。
斑马鱼为啥是“明星实验鱼”?
它和人的基因很像还好观察
斑马鱼是一种原产于南亚的小型热带鱼,既是花鸟鱼虫市场上常见的鱼类,也是生物医学研究的重要工具。
王强指出,尽管这种鱼非常细小,成鱼体长只有4至5厘米,但其在基因组上,与人类的同源性却高达87%,使其在生物医学领域应用广泛。“我们可以通过基因编辑模拟人类疾病,让它替人试药,从而研发新药。由于斑马鱼是体外受精、体外发育,早期胚胎发育阶段通体透明,非常方便科学家观察它生长发育的全过程,这也是它相较于小白鼠等哺乳动物的另一大优势。”
另外,斑马鱼仅需3个月就能达到性成熟,单次产卵可达200枚至300枚,加上体形小,易于进行基因编辑,这让它成为科学家理想的研究对象。
“斑马鱼上太空,最核心的科学目标就是观测太空的微重力环境会对鱼产生哪些影响。例如,斑马鱼是否会像人类宇航员一样出现骨质疏松等问题。”王强说。
未来,团队希望进一步改良斑马鱼在太空中的生态系统,“这样就能看到斑马鱼能否在太空中发育到性成熟,能否孕育出下一代,下一代的斑马鱼是否还能继续孕育再下一代,以及这一代代的斑马鱼身上会产生哪些变化。”王强表示,“斑马鱼将成为空间站的常客,每一次实验,都将回答不同的核心问题”。
上过太空的鱼有啥变化?
鱼鳔消失 方向无感 心肌萎缩
华南理工大学医学院一楼的“鱼房”。
“在月球上长期生活,到底对胚胎发育有没有影响?生命体能不能正常产生精子和卵子,能否正常完成受精过程,我们可以先通过斑马鱼进行相关研究。远期来看,这将验证人类是否有可能实现太空移民。”
“我们去年一共送了6条成年的斑马鱼到空间站,用于观察在空间环境下对鱼心肌和骨密度的影响。”王强说。在去年的太空实验中,团队有了很多新发现。
首先是“在太空中住了一个月后的斑马鱼,鱼鳔几乎完全消失。”
其次,这批斑马鱼都丧失了方位感。“鱼游动的姿势和在地球上不同,它们完全分不清上和下。这表明微重力条件会对生物的内耳前庭进行重塑。”
最后,这批斑马鱼出现了非常明显的骨密度丢失和心肌萎缩,“这和长时间在太空生活的航天员非常像,尽管我们已将可能引发这些症状的一段基因敲除,但症状并没有明显减轻。这些研究提示我们,该采用什么样的预防措施或寻找哪些相关的药物来避免问题的出现。”
为啥送40枚鱼胚胎上天?
观察胚胎器官形成到幼鱼全过程
“今年,我们把大约40枚斑马鱼的胚胎送到空间站,观察微重力环境对胚胎发育会产生哪些影响。”王强告诉记者,这些胚胎将在空间站停留约4天,科学家将重点观察斑马鱼胚胎从器官形成晚期到自由游动幼鱼的全过程,特别是这些鱼在心血管、骨骼系统发育的过程中会不会受到微重力空间环境的影响。
为了更方便地观测这些斑马鱼,团队在斑马鱼的胚胎心脏、血管和软骨上附着了绿色荧光物质,用以追踪斑马鱼胚胎发育的一举一动。王强介绍,这项研究有望服务于国际月球科研站的建设。
据广州日报
来源:北京晚报
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