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太空中的微生物:空间站如何保持清洁?

发布于 5个月前 / 97 次围观 / 0 条评论 / 新闻其他 / Edwiin
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宇航员在进入国际空间站时,携带了大量来自地球的细菌,他们会如何阻止这些微生物造成灾难

1998年,俄罗斯的和平号空间站(Mir)的轨道运行时间已经来到第12年,开始出现老化的迹象。停电频繁、电脑故障、气候控制系统泄漏等等,都是时不时会遇到的问题。然而,当宇航员们展开研究,对与他们共享生活空间的微生物类型进行评估时,却得到了十分意外的发现。

他们打开一个检查面板,发现了几个浑浊的水滴——每个都有足球那么大。后来的分析显示,水滴中充满了细菌、真菌和螨虫。更让人担心的是,有些微生物大量繁殖,已经开始侵蚀空间站窗户周围的橡胶密封件;还有的微生物会分泌酸物质,正慢慢地腐蚀电缆。

从地球向和平号空间站发射的每一个太空舱模块都是近乎“无瑕”的,由戴着面罩和防护服的工程师在洁净的房间里组装组成。当来自各国的男女宇航员进驻空间站实验室之后,就将众多不受欢迎的生命也带到了轨道上。

我们与微生物共享身体,它们也伴随我们一生。据估计,我们身体里一半以上的细胞都不是人类细胞,而是由各种微小生物组成,从肠道里的细菌,到啃噬我们死皮的螨虫。大多数微生物不仅无害,而且是保障健康所必不可少的,使我们能够消化食物并抵御疾病。无论去到哪里,我们都会带着微生物。到了太空中,它们也会像人类一样,不断学习并适应太空生活

国际空间站可能是人类建造的最昂贵的建筑,需要宇航员们像对待自己家一样精心维护

克里斯汀·莫伊斯尔-埃辛格(Christine Moissl-Eichinger)是奥地利格拉茨医科大学的微生物学家,于近期领导了欧洲空间局(ESA)的一项研究,利用宇航员在空间站采集的样品,对国际空间站(ISS)的微生物落进行分析。“太空是一个非常紧张的环境,不仅仅对人类而言是如此,”她说,“太空飞行会给宇航员带来压力,而我们想知道这些微生物是否也会受到压力,并做出不好的反应。”

她的研究很及时。2000年11月,首批宇航员登上国际空间站。到今年11月时,人类在国际空间站上的连续工作时间就将达到20年。当全世界都在对抗新型冠状病毒疫情的背景下,这项研究提出了一个有趣的问题:如何使空间站免受有害微生物的侵害?

在和平号空间站的微生物研究之后,生物学家一直在担心空间站上可能还生活着其他生物,特别是某些可能危及空间站甚至威胁宇航员生命的微生物。莫伊斯尔-埃辛格说:“我们希望看到微生物落的基因组成及变化,因为它们必须经历适应的过程。”

科学家发现,国际空间站已经稳定地培养了大约55种类型的微生物。尽管没有重力,但这些细菌、真菌、霉菌、原生动物和病毒都已经很好地适应了太空环境。

“它们并没有表现出对抗生素更强的抵抗力,也没有其他对人类有潜在危害的特征,”莫伊斯尔-埃辛格说,“但我们确实发现它们适应了所有的金属表面。”

这些能够吞噬金属的微生物被称为“嗜技术微生物”(technophile)。与和平号空间站上的微生物一样,它们可能会对国际空间站的各个系统构成长期风险。“从长远来看,这可能会给空间站合理安全管理带来困难,”莫伊斯尔-埃辛格说道。

宇航员需要帮助控制国际空间站的微生物种。每一周,宇航员都要用抗菌湿巾擦拭物体表面,并使用真空吸尘器吸走所有散落的碎片。这是最重要的日常“家务”,可以保持厨房区域清洁,并防止沾了汗液的运动装备和实验设备发霉。

像“好奇号”这样的火星漫游车是在洁净的房间里组装的,这样它们就不会将地球微生物带到火星表面

“在一定程度上,我们要依赖宇航员来做家务,”欧洲空间局生命支持系统研究负责人克里斯多夫·拉瑟尔(Christophe Lasseur)说,“但我们也通过技术手段过滤空气,保持水的清洁。”

和平号的经验教训已应用于国际空间站的设计和运作,包括让环境更干燥(生命喜欢水),空气更加流通,并且通过持续的微风将灰尘吹向过滤系统

“在家里和在国际空间站的主要区别是,这里的灰尘不会沉积,而是会积聚在通风口,”拉瑟尔说,“而且,其他任何物体,比如铅笔或眼镜等,也会被吹向空气过滤器。”事实上,任何没有固着在墙上的东西都有移动的趋势。

国际空间站经验表明,人类可以与自身的微生物共存,几乎没有不良影响。科学家们现在担心的是,当我们离开相对安全的近地轨道,前往月球和火星时又会发生什么。

“目前空间站位于范艾伦辐射带内,因此辐射暴露较少,”拉瑟尔说,“当我们穿过范艾伦辐射带时,辐射暴露的程度就会更强,微生物(通过基因突变)的进化可能就会更快。”

美国国家航空航天局(NASA)目前正在开发下一个空间站,作为前往火星等目的地的中转站。这是一个月球轨道实验室,称为“门户”(Gateway)。宇航员将在那里生活几个星期,之后可能会将其空置几个月。

“我们必须确保宇航员在离开和返回时,不会留下有利于微生物生长的环境,”拉瑟尔表示,“因为后果可能会很严重。”

科学家还在努力研究人类首次踏上火星表面时会发生什么,毕竟目前送到这颗红色星球上的一切都非常洁净,而人类则无时不刻携带着微生物。欧洲空间局最新的火星探测漫游车就是在英国最干净的房间里组装的,工程师们穿着特殊的内衣裤、全身防护服、面罩和两副手套。作为火星探测计划“ExoMars”的一部分,该漫游车预计将于今年晚些时候发射,旨在寻找过去或现在火星生命的迹象。因此,避免它受到地球上任何生命的污染是至关重要的。

火星探测而言,人类本身就成了一大难题。要清除宇航员体内所有的微生物痕迹是不可能的,甚至可能是致命的。那么,我们应该如何阻止自己污染原始的火星环境,或者将火星微生物误认为是我们从地球带来的?

“没错,我们的身体上有很多微生物,但我们不会光着身子在火星上跑来跑去,”欧洲空间局的行星保护官员格哈德·克米内克(Gerhard Kminek)说,“宇航员将穿着宇航服以维持生命,并将任何污染都留在宇航服内。”

目前的挑战是如何防止宇航服外的人类微生物污染火星环境。来自世界主要太空机构的人员组成了一个工作组,将在今年晚些时候发布关于保护火星免受人类探索影响的建议,而微生物污染正是他们希望解决的问题之一。

当然,更紧迫的问题是如何将火星上的微生物带回地球。目前,一项将火星土壤和岩石样品带回地球的任务正在进行中,这些样品中可能含有生命

在许多科幻小说和科幻电影中,来自太空的细菌或病毒往往会给世界带来毁灭后果。对科学家来说,将太空微生物带回地球确实存在着不可知的风险。尽管最新的研究表明,国际空间站上没有任何危险的生物,但了解空间站上微生物的进化将有助于确保第一批从火星返回的宇航员的安全

“当宇航员从火星回来时,如果我们在他们的微生物中有新的发现,那我们就可以评估这是由潜在的火星生物引起的,还是我们之前在人类太空飞行中见过的,”克米内克说道。

与此同时,微生物学家还期待着在月球上有所发现。50年前,阿波罗任务的宇航员在月球上留下了大约96袋人类排泄物。当人类在下一个十年重返月球时,美国国家航空航天局希望找回其中一些袋子,以发现是否仍有微生物存活。如果答案是肯定的,就将标志着我们在了解人类微生物系方面又迈出了一小步。

本文来源:新浪科技  作者:任天
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