用藍藻飼養"最強生物"水熊。

SpaceX載有科學研究和技術演示的第22次貨運補給任務，已於6月3日從位於佛羅里達州的美國航空航天局（NASA）肯尼迪航天中心（Kennedy Space Center）發射到國際空間站（International Space Station）。貨運龍飛船（Dragon）上的實驗包括水熊蟲（water bear）對太空環境的耐受力研究、太空中的微重力對共生關係是否存在影響，以及腎結石形成的分析等。

這次補給任務的重要有效載荷包括：

太空中的水熊蟲

一隻水熊蟲的特寫圖像。細胞科學4號任務將緩步動物，即水熊蟲，帶到了國際空間站進行研究，目的是確定它們在高壓力環境中參與適應和生存的基因。

圖片來源：托馬斯·布斯比，美國懷俄明大學

圖片中不起眼的微小生物，卻擁有超乎我們想象的生命力：地球上溫度最低和最高的環境、乾涸了幾十年滴水不見的環境、強勁的太空輻射，面對這些水熊蟲都毫無波瀾。

這種看起來胖乎乎的八足動物，可能會成爲戰勝不可能的英雄。水熊蟲是緩步動物（tardigrade）的別稱，因其在顯微鏡下的外觀和在水中的常見棲息地而得名，具有在極爲惡劣的條件下也能生存的超能力。這讓它們成爲了研究地球和太空極端條件下生物生存的模式生物。此外，研究人員對其中一種緩步動物Hypsibius exemplaris的基因組進行了測序，發展出了測量不同環境條件對緩步動物基因表達影響方式的方法。

瞭解它們是如何忍受極端環境的，比如宇航員會在太空中經歷的微重力和高水平輻射，可以讓我們更好地研究保護人類免受長期太空旅行壓力影響的方案。在國際空間站上，一項名爲細胞科學4號（Cell Science-04）的實驗將有助於揭示緩步動物是如何做到這一點的。

這些研究結果可以幫助我們更好地理解太空中壓力因素對人類影響，爲相關的對策制定提供支持。“對於包括人類在內的生物來說，我們已經演化得足夠適應地球上的生活環境，但太空飛行仍是一件非常具有挑戰性的事情，”美國懷俄明大學（University of Wyoming）的助理教授、該實驗的首席研究員托馬斯·布斯比（Thomas Boothby）說道，“我們真正想知道的是，緩步動物是如何在這樣的環境中生存和繁殖的，它們在到達太空時使用了什麼樣的‘技巧’來生存，隨着時間的推移它們的後代又使用了哪些技巧，這些技巧是相同的還是在一代一代發生變化？以及我們是否可以學習它們的技巧，加以調整來保護太空中的宇航員。”

在緩步動物的生存技巧中，其中一個可能是產生更多的抗氧化劑，來對抗因太空輻射增加而引起的對身體有害的變化。

“我們已經觀察到了在面對地球上輻射時它們會做出這種反應，”布斯比說，“我們認爲緩步動物爲了抵禦地球上的極端環境而演化出的應對方式，可能也是保護它們免受太空飛行壓力的原因。”

研究團隊將研究在太空中緩步動物的基因會發生什麼變化，瞭解哪些基因的表達和靜默是針對短期和長期太空飛行的，這將有助於研究人員確定緩步動物在這種壓力環境中生存的具體方式。例如，如果它們的其中一個解決方案是調高抗氧化劑的生成，那麼參與這一過程的基因就應該會受到影響。

查明有哪些基因也會被其他的環境壓力激活或靜默，將有助於判別出只對太空飛行做出反應的基因。細胞科學4號實驗將在後續測試出，這其中有哪些基因是緩步動物在這種高壓力環境中適應和生存所真正需要的。

來自空間站實驗的數據，也將爲基於地球的研究提供比較，後者更常見成本也更低，在模擬的太空飛行條件下研究緩步動物的反應。而空間站中的實驗將告訴研究人員，這些地面模擬條件與實際太空飛行的相似程度究竟如何。

細胞科學4號實驗的小小英雄們並非第一批和宇航員一起踏足太空的緩步動物，此前已有空間站外實驗證明，即使是處在太空的真空環境中它們也能存活下來。這一次，NASA位於加利福尼亞硅谷的艾姆斯研究中心（Ames Research Center）爲空間站開發並製作了一個特殊的科學器件，讓水熊蟲們可以在其中生存繁殖，艾姆斯研究中心同時也負責管理這項任務。這個特殊的科學器件名爲“活體培養系統”（Bioculture System），利用它在太空中培養細胞、組織和微小的動物，科學家能夠進行實時、遠程的監控，更好地控制調整它們在培養系統中的生長條件，完成特殊的長期研究。

從長遠來看，如果能弄清緩步動物生存彈性如此之大的原因，我們或許就能保護生物材料（例如食物和藥物）免受極端溫度、乾燥和輻射暴露的影響，對於長期的深空探索任務來說，這將是非常重要而寶貴的。小小的水熊蟲，或許能給我們帶來極大的可能性。

微重力環境下的共生魷魚和微生物

幼年魷魚特寫圖像。這些未成熟的夏威夷短尾魷魚是UMAMI實驗的一部分，該實驗旨在調查太空是否會改變魷魚與費氏弧菌之間的共生關係。

圖片來源：傑米 S。福斯特，美國佛羅里達大學（University of Florida）

“瞭解微重力對動物-微生物相互作用的影響”實驗（Understanding of Microgravity on Animal-Microbe Interactions，UMAMI）研究了太空飛行對有益微生物與其動物宿主之間分子和化學相互作用的影響。微生物在動物組織的正常發育和維持人類健康方面發揮着重要作用，“動物，包括人類在內，都依靠着與我們同在的微生物來維持健康的消化系統和免疫系統，”UMAMI的首席研究員傑米·福斯特（Jamie Foster）說道，“我們並不完全瞭解太空飛行對這些有益相互作用有着何種改變。UMAMI實驗使用夜光短尾魷魚（bobtail squid）來研究這些動物健康相關的重要問題。”

夏威夷短尾魷魚（Euprymna scolopes）是一種常見的動物模型，用於研究兩個物種之間的共生關係。這項調查有助於確定太空飛行是否會改變生物間的互利關係，爲相關保護措施和緩解措施的制定提供支持，用於幫助宇航員在長期太空任務中維持健康。這項工作還有助於我們更好地瞭解動物與有益微生物之間複雜的相互作用，包括微生物用在動物的組織間進行傳播的新途徑。這些知識有助於確定保護和加強這些關係的方法，以改善地球上的人類健康和福祉。

現場超聲技術

技術演示“Butterfly iQ Ultrasound”展示了微重力環境下便攜式超聲波與移動計算設備的結合使用。這項演示收集了空間站在站人員對超聲圖像操作上的難易性和圖像質量的反饋，包括圖像的採集、顯示和存儲。

“對於未來近地軌道以外的探索任務，宇航員無法即時獲取來自地面的支持，這種商業現成技術就能發揮作用，提供重要的醫療能力。”Butterfly iQ 技術演示的整合經理卡丹巴里·蘇里（Kadambari Suri）說道，“這項技術演示還查驗了機組人員自主使用該設備時即時指令的有效性。”除此之外，該技術還具有應用於地球的潛在價值，例如偏遠地區和孤立環境中的醫療保健。

開發更好的機器駕駛員

Pilote是歐洲空間局（European Space Agency，ESA）和法國國家空間中心（Centre National d‘Etudes Spatiales，CNES）的一項實驗，它使用基於觸覺或模擬觸摸和運動的虛擬現實與界面，來測試機械臂和航天器遠程操作的有效性。控制機械臂和航天器的人體工程學測試必須在微重力下進行，因爲地球上的測試在設計上所使用的人體工程學原理並不適用於在軌航天器上的條件。Pilote對現有的技術和新技術進行了比較，包括最近爲遙控操作所研發的技術，以及用於駕駛加拿大機械臂-2（Canadarm2）和聯盟號（Soyuz）飛船的其他技術。除此之外，這項實驗還對比了宇航員在地面和長期太空任務中的表現。實驗結果可以幫助優化空間站上工作站，以及未來用於月球和火星任務的航天器的人體工程學設計。

在太空中和地球上，保護腎臟

在航天飛行過程中，一部分機組成員對腎結石的易感性會有所上升，這可能會對他們的健康和任務執行產生負面影響。腎細胞2號實驗（Kidney Cells-02）使用3D腎細胞模型（或組織芯片），來研究微重力對可導致腎結石的微晶形成有何影響。腎細胞2號實驗是太空組織芯片計劃（Tissue Chips in Space）的一部分，該計劃由國際空間站美國國家實驗室（ISS U.S。 National Laboratory）與美國國立衛生研究院（National Institutes of Health，NIH）的國家轉化科學促進中心（National Center for Advancing Translational Sciences，NCATS）合作執行，目標是分析微重力對人類健康的影響，並將其轉化爲地球上的醫療改善。這項實驗或許能揭示腎臟疾病發展和進展的關鍵途徑，爲宇航員和地球上患病率高達10%的腎結石患者提供治療和預防腎結石的療法。

“通過這項研究，我們希望能確定腎結石形成過程中發生細胞變化的生物標誌物或‘特徵’，”首席研究員艾德·凱利（Ed Kelly）說道，“這或許能知道我們發展出新的治療干預措施。在空間站進行這項研究的基本原理是，微晶的行爲方式類似於我們人體腎臟中的情況，這意味着它們會懸浮在腎臟芯片管中，不會像在地球上的實驗室中那樣沉到底部。”

生產生命力更頑強的棉花

爲改良棉花在軌培育實驗準備的棉花幼苗。改良棉花在軌培育實驗研究的是在幼苗建立的關鍵階段，根系結構對植物的恢復力、水分利用效率和固碳能力有何影響。

圖片來源：西蒙·吉爾羅伊，威斯康星大學麥迪遜分校（University of Wisconsin-Madison）

過表達某種基因的棉花植物，會顯示出對乾旱等脅迫因素更強的抗性，在特定脅迫條件下，相比沒有這一特性的植株，過表達這種基因的棉花纖維產量會高出20%。研究人員目前認爲這種抗逆性與強化後的根系系統有關，強化的根系系統可以利用更大體積的土壤獲取水和養分。改良棉花在軌培育（Targeting Improved Cotton Through On-orbit Cultivation，TICTOC）實驗研究的是在幼苗建立的關鍵階段，根系結構對植物的恢復力、水分利用效率和固碳能力有何影響。根系生長模式與重力密切相關，TICTOC可以幫助確定在沒有重力的情況下，哪些環境因素和基因調控着根系的發育。

棉花應用於各類日常消費品中，從衣服到牀單再到咖啡濾紙，但棉花的生產會涉及到大量用水和農業化學品。“我們希望藉此揭示棉花根系形成的特徵，讓育種人員和科學家可以針對這些特徵來改善棉花植株的種植特性，例如抗旱性或養分吸收，這兩大特性都是現代農業中環境影響的關鍵因素。”實驗的首席研究員西蒙·吉爾羅伊（Simon Gilroy）說。提高對棉花根系和相關基因表達的理解，可以促進更健壯的棉花植株的研發，同時減少水和農藥的使用。

額外的能量來源

空間站在地球上空飛行的圖像。這張圖顯示了六個 iROSA 太陽能電池陣列的計劃配置，目的是爲國際空間站增強電力

圖片來源：NASA/約翰遜航天中心（Johnson Space Center）/波音公司

新的太陽能電池板也被送往了空間站，增加用於研究和其他空間站內活動的能源。國際空間站滾動打開柔性太陽能陣列板（ISS Roll-out Solar Array，iROSA）由緊湊型的面板所組成，基於此前在空間站演示過的技術，可以像展開長地毯一樣滾動打開。第65遠征隊（Expedition 65）隊員計劃在今年夏天，開始準備用六個新陣列中的其中之二來補充空間站現有的剛性面板。

參考來源：

[1]https：//www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/spacex-22-research-highlights

[2]https：//www.nasa.gov/feature/ames/microscopic-superheroes-to-help-protect-astronaut-health-in-space

本文轉自NASA愛好者