果蝇要“执行”啥任务？

    近日，神舟十九号载人飞船发射成功。在神舟十九号乘组任务期间，将开展生命科学、流体、燃烧、材料等科学实验项目。按照计划，本月，小小的果蝇将首次“乘坐”天舟八号货运飞船前往中国空间站，承担实验任务。

    学过高中生物的人都知道这里面的门道有多深！

    一百多年前，一只由正常红眼突变为白眼的果蝇将它宝贵的白眼基因传递下去，帮助托马斯·摩尔根证实了基因在染色体上的理论，奠定了现代遗传学基础，是最重要的里程碑式的生物学发现之一。摩尔根因此及相关研究贡献获得1933年诺贝尔生理医学或医学奖。迄今为止，果蝇已助力科学家在发育、免疫、神经、生物节律等领域获得至少六次诺贝尔奖。

    果蝇与人类在“五感”上有共通性

    果蝇是一种重要的模式生物，体型较小，身长只有3—4毫米。它生命周期短，繁殖速度快，繁殖周期大约为10天，能够在短时间内产生大量的后代。在太空环境中，科研人员可以通过果蝇的连续传代来观察、研究它的基因变化和个体的表型问题，进行遗传学实验。

    中国科学院空间应用工程与技术中心研究员张伟接受记者采访时表示，果蝇的许多基因与人类基因具有相似性。在此前的研究中，科学家发现人类与果蝇的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉结构相似，由此可知，人类与果蝇在“五感”上存在共通性。因此，此次果蝇相关研究可以获得对人类遗传疾病的认识，为研究人类自身在太空的适应性奠定基础。

    值得一提的是，1947年2月20日，果蝇搭乘美国人缴获的德国纳粹V-2火箭登上了临界太空、返回并存活下来。由此，果蝇成为了最早进入太空的动物。

    为什么要让果蝇上太空？

    根据科学家的研究，果蝇可开展以下几个方面的空间生物效应研究：

    ■基本生长发育研究

    果蝇的空间生物效应研究始于空间环境对其发育、繁殖、活动性、寿命等基本生命活动的影响，且这些研究持续至今。

    多次研究的结果表明，太空中微重力对果蝇基本生长发育会造成一定的影响：①太空飞行中果蝇能完成基本发育历程，但是发育过程的时间有变化，例如孵化、羽化延迟；②微重力下的成虫活动增加，但交配和趋地性减少，推测是由于太空中翅膀发育受损或者加速等与微重力无关的飞行压力造成的；③太空飞行中果蝇的寿命存在雌雄虫差异，雌虫寿命没有明显变化，而雄虫寿命缩短。

    ■遗传变异研究

    早期生物实验卫星的研究表明，辐射与失重引起精子损伤和基因突变的增加，且幼虫死亡率变高，太空飞行之前受过辐照的果蝇在飞行后第一代后代的基因突变显著增加。此后的研究结果显示，辐射与微重力的复合空间生物效应，会显著增加染色体丢失和生殖细胞损伤。

    ■免疫系统研究

    通过测定太空环境果蝇的细胞和体液免疫通路相关影响因子的变化水平来揭示免疫功能的变化。研究发现太空飞行改变了果蝇幼虫的细胞和体液免疫反应，幼虫的细胞吞噬减少，与免疫相关的基因显著下调。在微重力环境中的果蝇，虽然感染细菌后激活了免疫，免疫相关基因表达与地面对照组没有变化，但是感染真菌后未能激活介导真菌免疫应答通路，说明太空果蝇的免疫功能严重受损。

    ■昼夜活动节律及睡眠系统研究

    对我国神舟九号搭载的果蝇行为测试表明：太空飞行中果蝇保持了正常的昼夜节律活动，但与对照组相比，昼夜节律时钟系统的调节输出基因存在差异，表明太空飞行影响昼夜节律输出通路。同时，太空飞行后，果蝇夜晚睡眠持续时间和睡眠片段数量发生了轻微变化。

    ■组学研究

    对国际空间站中果蝇的全基因组转录谱分析表明，太空飞行导致了基因表达的重要改变。差异表达基因主要是影响呼吸活动、发育过程和压力相关变化的基因。太空飞行以及空间站的不理想环境条件使生物体受到的额外压力，可以对基因表达产生深远影响。

    ■其他新型应用方向

    随着果蝇在地面研究的广泛应用，以及以“组学”技术为代表的现代生物学发展，果蝇模型在太空中正得到持续、全方位的应用。例如，长期和短期航天飞行均会对航天员心脏和心血管系统造成危害，果蝇体内控制心脏发育和功能的基因和分子途径与人类相似，被成功用作研究心脏发育的分子遗传学基础的模型。此外，国际空间站中航天员已经出现氧化应激反应，用果蝇模型研究表明航天飞行后氧化应激基因表达也发生了显著变化，且太空飞行后神经元损失增加，包括神经元和突触减少等。

    此次果蝇“执行”什么任务？

    张伟介绍，地球是磁场环境，但是月球上没有磁场，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。“这次将果蝇带上太空，就是要研究果蝇在亚磁环境下的生长发育情况和行为习惯。”张伟说。

    想象一下，如果未来人类要在其他星球定居，提前了解疾病的发生机制至关重要。果蝇就可以帮助科学家们建造一个“漂流实验室”，通过其在太空中的生长和繁殖，我们可以分析如何优化人类在太空长期生活的生理状态。果蝇的实验结果或许能为人类未来的太空探索提供关键的数据支持，帮助我们制定更有效的太空生存策略。

    张伟表示，随着实验装置和关键技术的研发攻关，未来我国还将在空间站开展小鼠实验，对小鼠的神经、骨骼、肌肉、免疫等方面进行深入研究，为人类未来到月球、火星奠定理论基础。

    果蝇在空间站住哪里？

    果蝇在空间站里显然是不能散养的，各国根据不同的实验目的和实验条件研发了不同功能的果蝇专用搭载装置。我国2012年神舟九号在轨飞行13天的果蝇搭载装置主要由外壳盒体、样品搭载管、电池以及光源和电路控制4个模块组成（左图(a)，(b)），其中设计了研究昼夜节律和睡眠问题所必须的昼夜光照控制系统。

    20世纪以来，从无人探测、载人探测到空间站常驻探测，果蝇一直是太空生物效应研究的理想模型。这次是我们国内首次把果蝇这种动物带上空间站。期待这些小果蝇也能像“果蝇前辈”一样，抖擞精神，为我们带来更多有意义的科学发现。

    据科普时报