太空生命科研“顶流”——进击的小小果蝇
来源:航天新闻网发表时间:2024-12-06 10:22:39浏览量:972
近日,天舟八号成功发射,由中国科学院牵头的空间应用系统随天舟八号货运飞船上行了36项科学实验的80多件产品,其中一位新“乘客”——果蝇引起了各方关注。这次是小小的果蝇首次前往中国空间站,承担不同寻常的实验任务。下面赶紧来看看小小果蝇是如何一路“披荆斩棘”的吧。
“蝇”不可貌相
如果你不及时清理夏天腐烂的水果,就有可能看到飞起来聚成一团云雾的小东西——果蝇。尽管长相和名字不讨人喜爱,但一个多世纪以来,这些红眼睛的小生灵帮助人类在生命科学各研究中获得了十分丰富的资料。它们不仅是生物课本上的常客,还至少帮助了6位诺贝尔奖获得者。
果蝇的实验模块
就拿上太空这件事来说吧,对果蝇来说其实已经不是第一次了。1947年2月,果蝇就被搭载在火箭上越过了卡门线进入太空环境。而大家熟知的小狗“莱卡”是在10年后才搭乘人类第二颗人造卫星抵达地球轨道。因此,果蝇才是第一个被人类有意送入太空的生物。
那么为什么果蝇能够担此重任呢?是由于果蝇的最大优势——生命周期较短。果蝇的繁殖周期仅为两周,而且繁殖能力很强,一生可以产出数百个后代,寿命只有一个半月。它们在太空中度过的3周时间大约相当于人类30年的寿命。对人类来说,空间站的实验是“山中方七日”,而小小果蝇在代系更迭中产生的生物学信息变化却好似“世上已千年”,这方便了科学家们追踪太空环境引起的昆虫多代变化,对于研究遗传奥秘大有好处。
同时,果蝇的基因组很简单,只有4对染色体,而且它们的性状遗传、基因结构和细胞运作方式与人类非常相似。甚至有结论认为,约75%以上的人类疾病相关基因都能在果蝇身上找到对应的。因此,针对果蝇开展研究可以获得对人类遗传疾病的认识,为研究人类在太空的适应性奠定基础。
除此之外,果蝇体积很小。而且,它们与不太干净、喜欢取食人畜粪便的近亲苍蝇不同,果蝇多数是腐食动物,只要被喂点果皮,就可以用比较干净的方式进行培育。不挑食、不要大House、任劳任怨、产出高,这些“优秀品质”使果蝇成为生命科学界的“扛把子”。
披星戴月再“上天”
作为“扛把子”,太空之旅对小小果蝇来说也不过是出趟远差,除了赢取了第一位探索太空者的殊荣,它们还曾多次出入太空开展“研究”工作。
亚磁果蝇的培养单元,上面是观察窗口
果蝇不仅助力多次国际空间站的研究,还曾经搭乘我国1990年发射的第12颗返回式卫星,实现了在太空产卵、孵化、生长的全过程。
果蝇此次随神舟十九号飞船乘组开展的实验又将是一次先锋大作,它们将同航天员、地面科学家一起探索亚磁-微重力对生物的影响。
地球是磁场环境,但是月球上没有磁场,而火星上有微弱的磁场。因此,科学家需要提前在空间站里建立太空亚磁环境进行相关研究,了解亚磁和微重力分别作用的条件下,动物的行为和生长发育过程。
同时,科研人员在地面研究中发现,当缺少地球磁场时,果蝇的睡眠节律等行为会发生变化。所以现在将果蝇“送上天”,是要去看看在太空微重力和亚磁情况下,果蝇会具体发生哪些行为变化,对相关科研人员获取一手资料有着重要意义。
尽管之前人类已经在太空中开展过关于微重力、辐射相关方面的研究,但这次是首次结合磁场开展微重力耦合研究。为保证结果的准确性,科学家们设置了4组对比实验,分别为:在微重力下的亚磁和地磁环境,在地面一个G的重力下亚磁和地磁环境的对照。
科研人员先在空间站增设了一个磁屏蔽装置,里面的磁场水平接近于0,也就是亚磁环境,再将一组“怀孕”状态的雌果蝇和一组雌雄参半的蛹的培养盒放置其中,观察果蝇在亚磁复合微重力环境下的生物学反应,比如生长、发育及行为变化。地磁对照组同理,里面也包括一组果蝇和一组蛹。
天宫“上班”不简单
为了顺利地把果蝇“工作地点”搬上天,科学家们设计了精细可控的实验模块。在这个实验模块里面,不仅温度、湿度都可以进行控制,气体组分也可以进行净化。另外,为了更加精确有效地了解果蝇的运动特性,实验模块里面还配置了两个高清相机,可以对果蝇进行在轨实时成像,观察其运动特性等情况。比如科学家们可以通过相机观察雌雄果蝇的求偶、交配、互动等行为。
用于转移果蝇的手套袋
相比之前太空中果蝇混代培养实验,这次实验还有一个特别之处就是传代培养。为了保证复杂的实验成功,科学家们做了许多次预演实验,然后根据天上的培养情况,由航天员在软手套袋里开展传代操作。航天员会从实验模块里面取出培养单元,然后把它转移到手套袋里面。手套袋里面有一个取样的气泵,可以把果蝇抽出来,然后放到另外一个新的培养盒里面去。
其实,在果蝇整个培养过程中,果蝇的转移是最复杂的操作之一。这一操作每隔几天就要重复一次,并且受微重力环境影响,转移方式相比地面更复杂。不过,通过这样的传代培养可以把两代分得很开,研究的结果将更加精准。
这次是我国首次把果蝇带上空间站的实验,期待这些小果蝇也能像“果蝇前辈”一样,在太空的前哨站里为人类未来的太空探索提供关键的数据支持,帮助人们制定更有效的太空生存策略
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