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人工冬眠不是梦 太空旅行免辐射

2022-11-25 中国科学报 辛雨
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  在诸多有关太空的科幻电影中,宇航员可以在休眠舱通过休眠度过漫长的太空旅程。宇航员进入人工休眠状态,可以更好地免受宇宙辐射的伤害。这似乎是对未来太空生活的一种展望。

  近日,德国亥姆霍兹重离子研究中心(GSI)领导的一个国际研究小组发现,人工休眠增加了机体对辐射的抵抗力。从长远来看,人工休眠对宇航员非常有用。相关研究结果发表于《科学报告》。

  动物进入休眠状态后,机体维持生命的功能降低:体温降低,新陈代谢减少,心率、呼吸频率或吸氧等身体功能明显减慢。在分子水平上,基因活性和蛋白质生物合成也维持低速。

  空间辐射被认为是人类空间探索的主要健康风险之一。特别是对未来的长期任务而言,空间辐射的有害影响是一项重大挑战。

  载人星际任务中宇航员吸收的大部分辐射剂量是由星系宇宙辐射产生的,这是一种高能带电粒子,包括在遥远星系中产生的密集电离的重离子。这些粒子的能量非常高,以至于航天器的屏蔽措施无法阻止它们,导致在很长一段时间内,这些粒子的暴露率比地球上的辐射背景高200多倍。因此,研究未来空间任务的抗辐射措施非常重要。

  休眠和抗辐射之间的联系代表了一种高度创新的研究方法。研究作者之一、GSI生物物理学教授Marco Durante总结说,研究表明,在长期的空间任务中,人工休眠是一种很有前途的增强生物机体辐射防护的工具。因此,这可能是一种保护人类探索太阳系的有效策略。

  既往研究已表明,自然休眠的动物在这种状态下获得了抗辐射能力。该研究首次在非休眠动物(大鼠)身上诱导出类似休眠的生物状态,并证实了其对高能重离子的辐射抗性。研究结果证明,人工休眠可能对致死剂量的C离子辐射有阻挡作用。此外,人工休眠还可以减少照射对组织的损伤。

  此外,GSI的科学家在对大鼠组织细胞的研究中描述了其潜在机制。研究表明,组织中较低的氧浓度(缺氧)和低温下代谢减少可能是防止细胞损伤的两个重要因素。免疫组织学分析则表明,人工休眠可使组织免受高能离子辐射。此外,低温下新陈代谢的变化也会影响DNA修复。

  科学家指出,还需要进行大量的研究以更好了解人工休眠对器官的辐射防护作用。目前,在技术上还不可能以安全可控的方式让人休眠。然而,研究已取得进展。最近,控制休眠的神经元通路已被揭示出来。

  GSI目前正在建设的反质子与离子加速器装置FAIR,将为宇宙辐射领域的研究提供独特的机会。GSI和FAIR的科学负责人Paolo Giubellino强调,GSI的设备已经能够产生在宇宙辐射中出现的重核束。在FAIR上,粒子能量和强度范围更广的实验将成为可能。这将允许科学家研究宇宙辐射对人类和技术仪器的影响,它是使人类火星任务成为可能的根本必要条件。(辛雨)

  相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41598-022-20382-6

打印 责任编辑:梁春雨
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