中国已经发射了其天问一号任务前往火星。本周早些时候,一枚携带轨道器、着陆器和漫游车的火箭从该国的海南省起飞,希望在明年年初将漫游车部署在火星表面。同样,上周日阿联酋火星任务的发射标志着阿拉伯世界进入星际太空旅行的序幕。而在7月30日,我们预计将看到美国宇航局的火星毅力漫游车从佛罗里达州最终起飞。
对于许多国家和他们的人民来说,太空正在成为最终的前沿。尽管我们正在获得更智能、更快速地进入太空的能力,但对于其对生物物质的影响,包括我们自己,仍有很多未知之处。虽然太空探索的可能性似乎无穷无尽,但其危险也同样无穷无尽。特别是来自地球上最小的生命形式——细菌的危险。
细菌生活在我们体内和周围。所以无论我们喜欢与否,这些微小的生物都会跟随我们到任何地方——包括进入太空。正如太空的独特环境对我们有影响一样,它也对细菌有影响。地球上的所有生命都以重力为恒定力量进化。因此,地球上的生命还没有适应在太空中度过时间。当重力被移除或大大减少时,受重力影响的进程也会有所不同。
在太空中,几乎没有重力,沉淀(液体中的固体沉到底部)、对流(热能的转移)和浮力(使某些物体浮起的力)都被最小化。同样,液体表面张力和毛细作用力(液体流动以填充狭窄空间)等力变得更加强烈。
目前还不完全了解这些变化如何影响生命形式。令人担忧的是,来自太空飞行任务的研究显示,当暴露于微重力(只有微小的重力存在)时,细菌变得更加致命和更具抵抗力。在太空中,细菌似乎对抗生素更具抵抗力,更致命。与从未离开地球的细菌相比,它们在返回地球后的一段时间内仍然如此。
此外,细菌在太空中似乎也更快地发生突变。然而,这些突变主要是为了使细菌适应新环境——而不是变得超级致命。需要更多的研究来检查这些适应是否确实允许细菌引起更多的疾病。研究表明,太空的微重力促进了细菌生物膜的形成。生物膜是密集的细胞群落,产生聚合物物质矩阵,使细菌能够相互粘附,并粘附在固定表面上。
生物膜增加了细菌对抗生素的抵抗力,促进了它们的生存,并提高了它们引起感染的能力。我们已经看到生物膜在空间站上生长并附着在设备上,导致其生物降解。例如,生物膜影响了和平号空间站的导航窗、空调、氧电解块、水回收单元和热控制系统。这些设备对生物膜的长期暴露可能导致故障,这可能产生毁灭性的影响。
微重力对细菌的另一个影响涉及其结构的扭曲。某些细菌在微重力下生长时显示出细胞大小的减少和细胞数量的增加。在前者的情况下,表面积较小的细菌细胞与分子的相互作用较少,这减少了抗生素对它们的效果。
此外,重力产生的效应(如沉淀和浮力)的缺失可能会改变细菌摄取营养素或攻击它们的药物的方式。这可能导致太空中的细菌对药物的抵抗力增加和传染性增强。所有这些都有严重的后果,特别是在没有重力的长途太空飞行中。在这些情况下经历无法治疗的细菌感染将是灾难性的。
另一方面,太空的影响也产生了一个对地球上的生命有利的独特环境。例如,太空微重力中的分子晶体比地球上生长得更大、更对称。拥有更均匀的晶体允许制定更有效的药物和治疗方案,以对抗包括癌症和帕金森病在内的各种疾病。
同样,分子的结晶有助于确定其精确结构。许多在地球上无法结晶的分子可以在太空中结晶。因此,这些分子的结构可以通过太空研究来确定。这也将有助于开发更高质量的药物。
光纤电缆也可以在太空中达到更高的标准,由于晶体的最佳形成。这大大增加了数据传输能力,使网络和电信更快。随着人类在太空中的时间增加,一个充满已知和未知危险的环境,进一步的研究将帮助我们彻底检查太空独特环境的风险——以及潜在的好处。