我们为什么要向太空发送那么多鱼?

中国空间站上的斑马鱼胚胎是最新一批的“太空水手”。
Zebrafish
斑马鱼是模式生物的一个绝佳范例,它们是一种被广泛研究的物种,有助于我们理解生物学的特定方面,而且往往是以我们无法在人类身上进行的实验方式。E+ / Getty Images

在萨莉·莱德成为第一位进入太空的美国女性的近十年之前,两条不起眼的小鳉鱼成为了第一批太空鱼。1973年,这些小鱼作为天空实验室3号任务的一部分,搭乘著名的阿波罗飞船发射升空,该任务是前往美国宇航局早期空间站为期三个月。在三周的时间里,这些在它们的塑料袋水族箱里打转,完全被地球熟悉的重力消失所迷惑,直到它们最终找回方向感,能够再次笔直地游泳。 

这两条鳉鱼(加上在天空实验室3号上孵化的另外48条)是太空鱼悠久历史上的先驱,它们让我们对微重力如何影响生物有了很多了解。近50年后,四条斑马鱼现在正游在中国空间站“天宫”号上,适应着它们奇特的太空环境——只不过现在它们生活在一个首创的、自给自足的生态系统中,而不是简单的塑料袋里。 

四条斑马鱼在中国“天宫”号空间站的鱼缸内游动。图片来源:CNSA

上周,中国的航天员(也称为航天员)报告称,于4月25日与一些藻类一起发射的斑马鱼目前生命体征良好。这项实验旨在了解微重力将如何影响鱼类的生命周期及其封闭环境中的其他自然周期。 

微重力的影响远远超出了人类在太空中体验到的失重感。它会导致我们几乎所有的身体机能发生变化,从骨骼到心脏再到大脑。为了能够在太空中停留更长时间,比如进行前往火星的长途任务,我们必须完全理解这些生物学变化。然而,人类非常复杂,难以研究,尤其是在你想追踪从出生开始的变化时。这时,鱼就派上用场了。

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斑马鱼是模式生物的一个绝佳范例,它们是一种被广泛研究的物种,有助于我们理解生物学的特定方面,而且往往是以我们无法在人类身上进行的实验方式。华盛顿大学发育生物学家亚伦·范·卢恩解释说,尽管斑马鱼可能与我们大不相同,但它们实际上“拥有许多与我们相同的主要器官,而且它们的身体在许多情况下,即使在细胞层面,也和我们一样运作”。 


斑马鱼还体型小巧,易于饲养,并且在孵化前完全透明,这使得科学家们能够在它们发育过程中观察到其内部情况。范·卢恩补充说,科学家们在这些鱼身上进行基因操作也更容易,这使得“许多仅凭人类无法进行或不符合伦理的实验得以进行”。 

在地球上,斑马鱼已经被用于许多最终有助于人类的医学实验,“从胚胎发育的内部机制,到感染期间免疫细胞的功能,甚至是对遗传疾病的深入了解,”范·卢恩说。而在太空中,它们早在20世纪70年代就已经被研究,当时它们搭乘俄罗斯“礼炮5号”空间站任务进入太空。最近,在2015年,国际空间站上的斑马鱼被用于研究微重力如何导致肌肉萎缩。 

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This picture shows embryos of zebra fish at various stages through a microscope in a laboratory at the Pasteur Institute in Paris on June 20, 2023. (Photo by Christophe ARCHAMBAULT / AFP) (Photo by CHRISTOPHE ARCHAMBAULT/AFP via Getty Images)
 显微镜下观察到的处于不同发育阶段的斑马鱼胚胎。图片来源:CHRISTOPHE ARCHAMBAULT/AFP via Getty Images CHRISTOPHE ARCHAMBAULT

许多其他鱼类——包括那些最早进入太空的鳉鱼——也飞向了太空。 

例如,略大一些(而且不得不承认,更丑一些)的牡蛎鱼在20世纪90年代后期搭乘美国宇航局的“哥伦比亚”号航天飞机升空,科学家们得以观察它们返回地球后大脑如何重新适应地球重力。事实上,根据一份美国宇航局年度报告,在“哥伦比亚”号STS-90任务上,载有“68,000条淡水剑尾鱼、5,000条淡水蜗牛、2,000条金鱼、1,000只蟋蟀和125条海水牡蛎鱼”的整个动物园。在21世纪10年代的国际空间站上,一群鳉鱼被用于追踪骨密度损失,并研究太空中的高辐射如何损害它们的DNA。 

KENNEDY SPACE CENTER, FLA. -- An oyster toadfish (Opsanus tau), like those that are part of the Neurolab payload on Space Shuttle Mission STS-90, is shown in its holding tank in the Space Station Processing Facility. Each fish is between eight and 14 inches long. Toadfish live in an estuarine environment and are native to areas along the Northeast coast of the United States. Investigations during the Neurolab mission will focus on the effects of microgravity on the nervous system. This fish is an excellent model for looking at vestibular function because the architecture of its inner and middle ear are similar to those of mammals with respect to the vestibular apparatus. The crew of STS-90, slated for launch April 16 at 2:19 p.m. EDT, includes Commander Richard Searfoss, Pilot Scott Altman, Mission Specialists Richard Linnehan, Dafydd (Dave) Williams, M.D., and Kathryn (Kay) Hire, and Payload Specialists Jay Buckey, M.D., and James Pawelczyk, Ph.D
一张牡蛎鱼(Opsanus tau)的照片,就像那些参与“神经实验室”任务(STS-90航天飞机任务)的鱼一样,它被放置在空间站处理设施的容纳箱中。每条鱼的体长在八到十四英寸之间。牡蛎鱼生活在河口环境中,是美国东北海岸地区的原生动物。神经实验室任务期间的研究将侧重于微重力对神经系统的影响。这种鱼是研究前庭功能的绝佳模型,因为它的内耳和中耳结构在与前庭器械相关的方面与哺乳动物相似。图片来源:NASA

美国宇航局的档案中还包含“关于使用水母、金鱼、孔雀鱼、蝾螈和蝾螈进行研究的几份记录,”美国宇航局档案管理员朱莉·普拉米斯说,例如1994年“发现号”航天飞机STS-65任务上关于研究这些小动物的平衡、空间感知和繁殖行为的记录。 

与人类宇航员类似,鱼类在被送往太空时也会经过精心挑选,而且总是有特定的任务目标。从鳉鱼到斑马鱼,再到其他更多鱼类,我们这些小小的水生朋友正在引领我们安全地探索最后的边疆,使我们能够充分了解如何在微重力环境中保持自身安全和健康。

 

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