【科技．未來】NASA雙胞胎實驗　留下問題比答案多

1961年4月12日，蘇聯太空人加加林（Yuri Gagarin）成為首個到達太空的人類，但科學家至今對在太空生活的影響仍所知不多。五十八年後的同一天，美國太空總署（NASA）的「雙胞胎研究」（NASA's Twins Study）刊於《科學》（Science）期刊，嘗試回應這些疑問。在國際太空站（ISS）生活近一年後的太空人Scott Kelly，與身處地球的孖生大哥Mark Kelly相比，身體所的變化，對於人類移居火星有何啟示？

對於人類可否長期在太空健康生活，是次研究似乎留下眾多問號。例如Scott的端粒（telomere）變長，科羅拉多大學腫瘤學家Susan Bailey說可能因為恆常運動或飲食轉變，但也推測前往太空可能喚醒了Scott體內沉睡的幹細胞。換言之，可能不是原有細胞的端粒變長，而是產生了新一批有更長端粒的細胞。

不管端粒變長或變短，Bailey都表示擔心。她一方面對《國家地理雜誌》說，除了癡呆、心血管疾病和部分癌症之外，「短的端粒也與生殖能力降低相關」。另一方面，她分別就端粒變長向《紐約時報》和《大西洋》（The Atlantic）雜誌解釋：「有人問我，太空是不是『年輕之泉』？我認為不是。」「你可能會想，『噢，這實在太好，他可以更長命』。但硬幣的另一面是它同時會增加癌症風險，因為癌症其中一件最早會做的事，就是激活端粒酶（telomerase）以維持端粒長度，這樣它們就可永久存在。」

觸發免疫系統相關基因轉變的原因同樣未明。可能是在太空站的生活壓力所致；近來有研究顯示潛伏太空人體內的病毒可能蘇醒；也可能是免疫系統本身不適合太空環境而運作混亂。威爾康奈爾醫學院（Weill Cornell Medicine）遺傳學家Christopher Mason解釋，部分基因沒有改正，也很難知道確切原因：「那是否代表回到地球後，免疫系統仍繼續失控？未必。它可能只是經歷重大壓力後的正常反應，甚至可能是好事。」

沒人知道，假若Scott在國際太空站多停留六個月，他的基因表達改變會開始緩和還是持續惡化。Mason說：「我們看到一團忙亂的基因網絡活化以應對DNA損傷，身體也在適應，但這程度的反應未必足以克服輻射傷害。」輻射可殺死細胞或令它們失靈，又或斷開DNA。已死或失靈細胞可導致心臟病或認知能力下降，若細胞無法修復DNA破損，突變累積，可引致癌症或遺傳病。

Scott腸道的微生物社群結構大幅重組，同樣未知是好是壞。研究者之一、西北大學神經生物學家Martha Vitaterna解釋：「（腸道）細菌對身體其他系統有莫大影響。曾有研究發現，腸道微菌叢改變與神經和生理狀況有關，例如阿茲海默症、柏金遜症、自閉症、精神分裂症等。保護腸道可保護所有這些系統。」

Scott認知能力變差，也不一定是太空旅程所致。賓夕法尼亞大學認知科學家Mathias Basner提醒，Scott回到地球後面對大量工作，包括頻密的電視訪問及公開演講，且他可能在無意識間不再催谷自己：「他在着陸一刻基本已退休，所以可能沒那麼積極。」Scott在2017年面世的回憶錄《Endurance》中，描繪了重返地球後如何與疼痛、睡眠不良等困境搏鬥，例如某一晚他覺得好像「在流沙中搏鬥」。Scott認為這些毛病正是他認知分數下降的原因：「試想像，你患上感冒，卻去考SAT（學術評估測試），你可能也考得不好。」

這些疑問無可避免，畢竟這前所未有的實驗限制甚多。最關鍵的是，NASA只考察了Scott一名太空人，不能就此斷定所有太空人都有相同轉變。Mason形容，「這好比史上首次量度某人的血壓，我們不知有什麼實際參考數字，直至開始量度更多人的血壓。」

即使研究對長期逗留太空的風險有點提示，但與前往火星的情況仍相距甚遠。畢竟國際太空站只離地球表面402公里，仍處范藹倫輻射帶（Van Allen radiation belt）的保護內。地球人每年大約承受3毫希沃特（mSv）輻射，一趟為期一周的太空穿梭任務約遭受5.59毫希沃特，Scott這次是146.34毫希沃特。Mason估算，去一趟火星所受的輻射或比Scott所受的多八倍。

科學理論和數字以外，更重要的或許是Scott的感受。回到地球約一個月後，Scott從NASA退役。有段時期，他步履不穩、關節疼痛、不習慣衣布受引力而貼向皮膚的觸感。故有科學家質疑前往火星是否可行，Basner也說：「雖然只有一個對象，但這研究告訴我們，要派一組人花一年時間前往火星並能有良好表現，未必能做到。」哈佛醫學院心理學家Gary Strangman解釋，速度和準確度降低「有可能對長時期任務帶來嚴重後果」。佛羅里達大學神經科學家Rachel Seidler補充：「若你在一段期間內認知處理速度減慢，身體平衡及眼、頭協調困難，那些行動就有極大風險。」

Scripps Research Translational Institute總監Eric Topol甚至認為，Scott的經歷或令人對移居太空夢想幻滅：「我從這論文得到的主要結論，就是怎麼會有人想去火星或者上太空？因為這真的很可怕。」

NASA人類研究計劃（Human Research Program）總監Bill Paloski理解這些批評：「我們會繼續與飛行團隊實驗。但我對人體的適應力感到滿意，研究中也沒有哪個發現足以阻止我們前進。」所以，科學家的下一步，正如研究寫道：「必須以更多太空人作長期任務（一年或以上）研究，以確認這些結果及回答遺下問題。一經確認，任何能降低這些風險的生物、生理或藥理上的應對方法都應考慮發展和應用。太空人在地球磁場保護以外地方執行任務可能承受更多輻射風險。例如在低地球軌道飛行一年與飛行三年前往火星之間的差別，現在基本沒有數據。所以，未來必須有不同逗留時間（超過一年）的研究，以確定那些風險會如何轉變，並確立適當保護門檻。」

適合住在太空的「人」

Bailey計劃繼續研究Scott那些莫名其妙的端粒，解開其秘密，或許對人體正常老化及相關疾病有所啟發：「當我們搞清楚他的端粒變化，對太空人和地球人將同樣重要。」美國德州大學西南醫療中心細胞生物學家Jerry Shay正和同事測試一種藥物，可促使細胞修復受輻射損害的DNA：「我認為所有問題都可以解決。」

Mason在這方面十分進取，他早於2010年已提議在太空飛行途中和前後監測太空人的基因組。他的團隊正有七篇論文接受評審，包括關於體細胞突變和單細胞動態的文章。他還提出過「500年計劃」太空殖民願景，其中最激進的建議是要增加、刪減或修改基因，以創造出適合住在太空的新人種：「雙胞胎研究是在太空飛行中做過最全面的人體分子地圖。這是500年計劃重大的第一步，幫助太空人在前往火星的路上和到達後生存。」大象的p53基因和俗稱「水熊」（water bear）的緩步動物（tardigrades）的Dsup基因，都是Mason的研究對象，因為大象很少死於癌症；水熊不但可在真空中生存，還可防止DNA遭受輻射時斷開及促進DNA修復。

哈佛大學遺傳學家及合成生物學權威George Church也是同道中人。他聲稱已辨認出逾40個有利於長途太空航程的基因，例如增強抗輻射力的CTNNB1、造出特強骨骼的LRP5、讓藏族人適應低氧環境的EPAS1等。他想像，未來太空人使用「由病毒運送的基因治療、微菌叢或表觀基因治療」改變自己：「如何抵抗輻射、骨質疏鬆、癌症和老化，在老鼠身上已有一定成果。」他還強調，很多藥廠已經有針對地開發藥物和臨床測試，利用基因治療作為太空人的預防醫學並不遙遠。

馬斯克曾說：「火星任務就像薛克頓（Ernest Shackleton，十九世紀愛爾蘭探險家）招募往南極探險員的廣告所寫：『困難、危險、死亡風險很高、生還者將興奮無比』。最初不會有太多人想去。」 Kelly兄弟的研究，或許是踏上這艱危路途的重大一步。

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上文節錄自第160期《香港01》周報（2019年4月29日）《NASA雙胞胎實驗出爐　停留太空一年　人體如此變化》。

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