在國際上首次完成水稻“從種子到種子”全生命周期培養(yǎng)實驗,，創(chuàng)造國際空間水生生態(tài)系統(tǒng)在軌運行最長紀(jì)錄,，在國際上首次檢測到空間微重力環(huán)境下骨骼肌細(xì)胞的自噬現(xiàn)象……中國空間站自2022年12月31日全面建成以來，憑借長期微重力,、宇宙輻射等獨特環(huán)境條件,，交出亮眼成績單，實現(xiàn)多個國際“首次”,。
1月13日,，中國空間站空間應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)與應(yīng)用進(jìn)展情況介紹會在上海舉辦。會上,，空間應(yīng)用系統(tǒng)總體單位中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心高級工程師,、應(yīng)用發(fā)展室副主任巴金介紹,，中國空間站已在軌實施180余項科學(xué)與應(yīng)用項目，上行實驗?zāi)K,、單元及樣品等近2噸科學(xué)物資,，下行空間科學(xué)實驗樣品近百種，產(chǎn)出了一系列原創(chuàng)性科學(xué)成果,。
實現(xiàn)中國在太空培養(yǎng)脊椎動物的突破
作為四大模式生物之一,，斑馬魚因基因與人類基因相似度高且體形小、繁殖快,、發(fā)育周期短,，成為生命科學(xué)領(lǐng)域模式生物的后起之秀，被稱為“水中小白鼠”,。
2024年4月25日,，一批特殊“乘客”——4條斑馬魚隨神舟十八號進(jìn)入空間站。它們與4克金魚藻一起組成了一個小型水生生態(tài)系統(tǒng),，被安裝在問天艙生命生態(tài)柜開展空間實驗,。實驗期間，水生支持裝置為金魚藻提供了LED(發(fā)光二極管)光源,，保證金魚藻正常進(jìn)行光合作用,，確保這個生態(tài)系統(tǒng)的氧含量能滿足斑馬魚的生存需求。
“這一水生生態(tài)系統(tǒng)在空間站實際運行43天,。其間,，斑馬魚成功繁殖產(chǎn)卵，航天員進(jìn)行了3次水樣樣品采集,、1次魚食更換以及1次魚卵收集等操作,，并在實驗結(jié)束后對斑馬魚進(jìn)行了無害的固定和處理?！敝袊茖W(xué)院水生生物研究所研究員王高鴻介紹,，“我們通過天地對比發(fā)現(xiàn)，斑馬魚在軌出現(xiàn)背腹面顛倒游泳,、旋轉(zhuǎn)運動,、轉(zhuǎn)圈等空間運動行為異常現(xiàn)象,?！?/p>
王高鴻說，這項實驗實現(xiàn)了中國在太空培養(yǎng)脊椎動物的突破,，創(chuàng)造了國際上空間水生生態(tài)系統(tǒng)在軌運行最長紀(jì)錄,，為空間密閉生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)研究提供理論支撐。
“這項研究為后續(xù)利用斑馬魚作為脊椎動物模式生物,，開展全面系統(tǒng)的空間生物學(xué)理論研究和空間水產(chǎn)開發(fā)提供了重要研究平臺,?！蓖醺啉櫛硎荆拔磥砦覀儗㈤_展從魚卵到魚卵的太空斑馬魚實驗,?！?/p>
獲得空間發(fā)育水稻和再生稻新種質(zhì)資源
微重力如何影響開花?微重力影響植物開花的分子機(jī)理是什么?能否在微重力環(huán)境下實現(xiàn)對植物開花過程的調(diào)控?
開花是植物結(jié)出新一代種子的前提。農(nóng)作物的種子既是糧食,，也是繁殖下一代的載體,。想要真正解決人類長期空間探索的糧食保障問題，關(guān)于植物開花的基礎(chǔ)探索必不可少,。
實際上,，從20世紀(jì)50年代發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以來，如何利用植物保障人類在地外環(huán)境中生存所需要的食物,、氧氣和純凈水,，就成為空間生命科學(xué)最為關(guān)注的問題。
在微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機(jī)理實驗項目中,，科研人員利用在軌實時圖像和返回的擬南芥實驗材料,，獲得了不同開花時間擬南芥響應(yīng)微重力的生長發(fā)育表型數(shù)據(jù)和天地比對轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。
“這些數(shù)據(jù)不僅為深入解析植物通過調(diào)整開花時間適應(yīng)空間微重力的分子機(jī)理提供了全新的視角,，也為利用相關(guān)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件人為控制空間植物的開花時間、培育具有較強(qiáng)空間環(huán)境適應(yīng)能力的植物提供了新的途徑,?！敝袊茖W(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心實驗師王麗華介紹。
同時,，科研人員還完成了水稻“從種子到種子”的全生命周期空間培育,，在國際上首次獲得空間發(fā)育的水稻和再生稻新的種質(zhì)資源，并在樣品返回地面后實現(xiàn)了大田種植,。
發(fā)現(xiàn)空間微重力導(dǎo)致肌萎縮的可能機(jī)制
人體有600多塊骨骼肌,，占體重的40%。這些骨骼肌對維持人體正常生理功能至關(guān)重要,。代謝性疾病,、肌少癥等與骨骼肌功能和穩(wěn)態(tài)異常密切相關(guān)。航天員在太空執(zhí)行任務(wù)時會產(chǎn)生一些生理適應(yīng),，比如肌萎縮,。這與衰老、長期臥床等產(chǎn)生的生理或病理改變有相似之處,。
因此,，發(fā)現(xiàn)骨骼肌細(xì)胞對微重力環(huán)境的感知和響應(yīng)規(guī)律，揭示空間肌萎縮發(fā)生的機(jī)制,，尋找相應(yīng)的對抗措施,，將為保障長期在軌航天員的運動能力和健康水平,、提高在軌工作效能以及防治地面人群骨骼肌萎縮等提供理論基礎(chǔ)、實驗證據(jù)和新的思路,。
在空間微重力環(huán)境對骨骼肌影響的生物學(xué)基礎(chǔ)研究項目中,，科研人員利用載人空間站提供的長期微重力條件，研究了空間微重力對骨骼肌細(xì)胞的影響,，重點關(guān)注了細(xì)胞的生長,、分化等情況。
2023年6月15日,，該研究項目的實驗樣品通過神舟十五號返回地球,。科研人員成功實現(xiàn)骨骼肌細(xì)胞的在軌培養(yǎng)和分化,，觀察到了細(xì)胞融合和肌纖維形成等現(xiàn)象,。同時，通過天地比對分析,，科研人員還發(fā)現(xiàn)了空間微重力環(huán)境影響骨骼肌細(xì)胞自噬的規(guī)律,。
“更重要的是，我們利用高通量測序獲得了空間骨骼肌細(xì)胞基因表達(dá)圖譜,，發(fā)現(xiàn)了空間微重力環(huán)境通過影響自噬導(dǎo)致肌萎縮的可能機(jī)制及潛在分子靶標(biāo),。”中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所副研究員李俞瑩說,。（記者 陸成寬）
編輯：周大為
