想在太空中保持健康？然后你就得需要人工重力

太空旅行带来了许多挑战，其中最重要的是与宇航员的健康和安全有关。这些任务离地球越远，它们就越重要。除了地球的保护性大气层和磁层外，还存在长期暴露于太阳和宇宙辐射的威胁。但是，虽然可以通过适当的屏蔽来减轻辐射暴露，但很少有策略可以用来应对其他主要危害：长时间暴露在微重力环境中。

在国际空间站 (ISS) 上，宇航员依靠严格的运动和阻力训练方案来减轻生理影响。这些包括肌肉萎缩、骨密度损失、器官功能、视力以及对心血管健康、基因表达和中枢神经系统的影响。但是，正如美国宇航局最近的一项研究所揭示的那样，前往火星和其他深空地点的长期任务将需要人工重力。该研究检查了微重力对国际空间站果蝇的影响，并证明人工重力可以部分保护这些变化。

该研究由美国宇航局艾姆斯研究中心空间生物科学部、新墨西哥大学宇宙研究中心、大学空间研究协会 (USRA) 和内华达大学内华达州生物信息学中心的研究人员进行。 Marble Space Institute of Science (BMSIS)、NASA 总部生物和物理科学部以及几所大学。

在这项研究中，该团队使用多用途可变重力平台 (MVP) 进行了为期一个月的调查，这是一个基于商用离心机的测试平台，于 2019 年抵达国际空间站。该实验具有不同的隔间，并为苍蝇提供新鲜食物因为他们生活和繁殖。这使得该团队能够在不同的重力水平下容纳不同代的苍蝇，其中一个暴露在微重力下（就像他们在国际空间站上的宇航员同行一样），另一个暴露在类似地球的重力下（9.8 m/s 2 或 1 g）。

然后，该团队使用嵌入在硬件中的摄像头监控他们的行为。在不同的时间点，一些苍蝇被冷冻并返回地球进行分析，以了解不同程度的重力如何影响它们的基因表达及其对神经系统的影响。正如 NASA 艾姆斯研究中心的 USRA 项目科学家 Janani Iyer 博士在最近的 NASA 新闻稿中解释的那样：

“微重力对中枢神经系统构成风险，这表明长期太空旅行可能需要采取对策。在我们冒险返回月球和火星时，减少微重力的有害影响将是确保未来探险者安全的关键。这是迈出的一步探索人造重力在太空中的保护作用并了解从太空返回后对地球条件的适应的正确方向。”

果蝇是此类研究的理想生物，因为它们在细胞和分子过程方面与人类相似，并且因为它们的寿命和生殖周期短（分别为两个月和两周）。几乎 75% 的导致人类疾病的基因由果蝇共享，这意味着它们基因表达的变化将类似于人类可能发生的变化。此外，他们在太空中度过的三周相当于一个人大约三十年的生命，让科学家们能够在很短的时间内观察到价值数十年的生物信息。

MVP 允许研究人员使用离心机技术控制和改变实验的重力水平

实验完成后，这些苍蝇将在 SpaceX Dragon 太空舱中返回地球，并运送到 NASA Ames 进行进一步分析。两天来，科学家们对“传单”进行了行为和生化测试，包括监测它们在栖息地内的运动、大脑中的细胞变化、基因表达的变化如何影响它们的神经系统等等。然后，他们将观察结果与 MVP 相机的镜头相结合，并将结果与​留在地球上的对照组进行比较。

在所研究的行为中，科学家们检查了苍蝇是如何爬上容器壁的——这是苍蝇在被轻拍时的自然反应。他们发现，微重力环境下的苍蝇比人工重力环境下的苍蝇更活跃，但返回地球后进行攀爬测试有困难。飞行后分析还显示，暴露于微重力的果蝇经历了神经学变化，而暴露于人工重力的果蝇在返回时经历了不同的衰老和不太严重的适应挑战。

这些结果表明，太空飞行会引起压力，从而导致负面的行为和神经学影响，以及果蝇大脑中基因表达的变化。他们还建议，人造重力可以减轻太空飞行期间的这些影响，尽管在重新适应地球方面仍然存在长期挑战。虽然这些结果不能准确预测对人类健康的影响，但它们为未来的研究提供了一个近似值和一个良好的起点。正如 Ames 的 KBR Wyle 高级科学家和该论文的作者 Siddhita Mhatre 博士得出的结论：

“由于宇航员将在即将到来的长期深空任务中暴露于不同程度的重力，我们必须了解重力变化对神经功能的影响。如果我们可以利用人工重力来延迟与太空相关的缺陷，或许我们可以扩展“未来的任务时间表。与宇航员一起在太空飞行将有助于我们进一步努力保持宇航员的健康。”