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2025年10月31日23時(shí)44分，長(zhǎng)征二號(hào)F遙二十一運(yùn)載火箭托舉著神舟二十一號(hào)載人飛船從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心順利升空，11月1日3時(shí)22分，飛船與天宮空間站成功對(duì)接。隨神舟二十一號(hào)航天員乘組一道入駐空間站的還有4只小鼠，它們?cè)趨⑴c“空間動(dòng)物品系篩選與飼養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證”實(shí)驗(yàn)后，由神舟二十號(hào)航天員乘組帶回地球。
在人類(lèi)探索外層空間的歷程中，其實(shí)已有不少地球生靈躋身其間。那么，這些“動(dòng)物航天員”對(duì)航天事業(yè)作出過(guò)哪些貢獻(xiàn)？今后還將實(shí)現(xiàn)哪些目標(biāo)？
神舟二十號(hào)、神舟二十一號(hào)航天員乘組“太空會(huì)師”（視頻截圖）。
神舟二十一號(hào)搭載小鼠“航天員”
與神舟二十一號(hào)航天員乘組同行的4只小鼠包括雌性、雄性各2只，它們是經(jīng)過(guò)60多天的篩選與訓(xùn)練，從大約300只小鼠中脫穎而出的。為確保這次空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，對(duì)小鼠“航天員”的考核內(nèi)容相當(dāng)全面，覆蓋了生理指標(biāo)、運(yùn)動(dòng)能力、空間識(shí)別能力、記憶能力、繁殖能力等多方面。
小鼠首先要通過(guò)體能測(cè)試。在一臺(tái)轉(zhuǎn)棒式疲勞儀上，每組的6只小鼠要在旋轉(zhuǎn)滾輪上不停跑動(dòng)，不讓自己掉下來(lái)，堅(jiān)持時(shí)間最久的小鼠才能晉級(jí)下一輪角逐。在接下來(lái)的抗眩暈?zāi)芰y(cè)試中，小鼠要在一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的容器內(nèi)經(jīng)歷各個(gè)方向的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，考驗(yàn)它們的前庭功能，優(yōu)勝者將更適應(yīng)發(fā)射時(shí)的超重狀態(tài)和太空生活期間的失重狀態(tài)。小鼠還要通過(guò)“平衡木”和“闖迷宮”等測(cè)試環(huán)節(jié)，考驗(yàn)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)能力和記憶能力，確保它們能在空間環(huán)境中找到食物。
在去往空間站的途中，4只小鼠被放在特制的上行生保支持裝置內(nèi)，并安置在神舟二十一號(hào)載人飛船的貨物軟包里，幫助它們?cè)诎l(fā)射期間盡量減震。上行生保支持裝置是專門(mén)為小鼠設(shè)計(jì)的小艙位，外觀是帶有透明觀察窗的金屬盒子，內(nèi)部除了飲食供應(yīng)、排泄物收集等設(shè)備以外，還有專為小鼠的穴居習(xí)慣設(shè)計(jì)的躲避空間，這在發(fā)射及返回期間可以幫助它們緩解因較大震動(dòng)和噪聲造成的應(yīng)激反應(yīng)。
小鼠進(jìn)入空間站之后，即從上行生保支持裝置轉(zhuǎn)移到飼養(yǎng)裝置。飼養(yǎng)裝置可以提供更好的生活環(huán)境，并且具有視頻監(jiān)測(cè)功能。在飼養(yǎng)過(guò)程中，地面的監(jiān)控人員可以實(shí)時(shí)看到小鼠，觀察它們的生活狀態(tài)與空間行為，研究失重、密閉等空間條件對(duì)小鼠行為模式的影響，從而掌握空間小型哺乳動(dòng)物飼養(yǎng)與觀測(cè)技術(shù)，初步探究小鼠對(duì)空間環(huán)境的響應(yīng)與適應(yīng)規(guī)律。這也是我國(guó)首次在天宮空間站開(kāi)展小鼠科學(xué)實(shí)驗(yàn)，將為未來(lái)深入開(kāi)展哺乳動(dòng)物空間生命科學(xué)研究奠定良好基礎(chǔ)。
開(kāi)展空間生命科學(xué)研究，需要構(gòu)建從分子、細(xì)胞到組織、器官，乃至動(dòng)物個(gè)體的多層次研究體系。小鼠因具有與人類(lèi)基因同源性高、體型小、繁殖周期短等優(yōu)勢(shì)，成為開(kāi)展生命體空間生理、病理及生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖研究的重要模型。
不過(guò)，小鼠并不是神舟飛船帶上天的首批“動(dòng)物航天員”。比如，神舟二十號(hào)曾攜帶一批渦蟲(chóng)開(kāi)展空間再生實(shí)驗(yàn)，主要研究在空間微重力和輻射環(huán)境下，渦蟲(chóng)再生的特征變化以及參與調(diào)控的可能分子機(jī)制，以期找到一些特征性分子來(lái)干預(yù)航天員長(zhǎng)期駐軌造成的損傷和支撐修復(fù)。在此之前，還有神舟八號(hào)、十號(hào)、十五號(hào)、十六號(hào)的秀麗隱桿線蟲(chóng)，神舟十八號(hào)、二十號(hào)的斑馬魚(yú)和神舟十九號(hào)的果蠅。
“入住”天宮空間站的小鼠狀態(tài)良好（視頻截圖）。
動(dòng)物“上天”為人類(lèi)太空基本生存開(kāi)路
在人類(lèi)探索太空的進(jìn)程中，狗、鼠、猴、黑猩猩、貓、兔、雞、龜、壁虎、蠑螈、蛙、魚(yú)、蜘蛛、蠶、蠅、渦蟲(chóng)、線蟲(chóng)、水熊蟲(chóng)等多種陸生或水生動(dòng)物都曾去過(guò)太空，為航天事業(yè)作出過(guò)重要貢獻(xiàn)。
首次進(jìn)入太空的動(dòng)物是一群黑腹果蠅。1947年2月，它們隨美國(guó)發(fā)射的V-2火箭升空，一直抵達(dá)距地109公里處（100公里以上就是太空），而后乘降落傘返回，并全部存活下來(lái)。這次發(fā)射是為了初步研究宇宙射線在外層空間對(duì)機(jī)體的影響。黑腹果蠅除了身體輕小利于發(fā)射之外，還有生物學(xué)上的重要優(yōu)勢(shì)——只有4對(duì)染色體，非常容易研究。當(dāng)時(shí)，黑腹果蠅已是基因研究的模式生物，從事這項(xiàng)研究再合適不過(guò)。
1949年6月，美國(guó)一只取名為“阿爾伯特二世”的獼猴同樣乘坐V-2火箭進(jìn)入太空，上升到137公里的高度，成為世界上首位靈長(zhǎng)目航天員。不過(guò)遺憾的事有兩件：一是V-2火箭不足以加速到第一宇宙速度進(jìn)行環(huán)球飛行；二是因降落傘故障，獼猴在返回地面時(shí)喪生。1957年11月3日，小狗“萊卡”隨蘇聯(lián)的斯普特尼克2號(hào)升空，成為首位環(huán)繞地球運(yùn)行的“動(dòng)物航天員”。在萊卡上天之前，科學(xué)家已經(jīng)知道受限于當(dāng)時(shí)的航天技術(shù)，這是一趟有去無(wú)回的單程旅途，所以為萊卡準(zhǔn)備了用于安樂(lè)死的食物。但是，當(dāng)飛到第4圈時(shí)，萊卡就死于溫控系統(tǒng)故障造成的艙內(nèi)過(guò)熱，飛船載著它的遺體環(huán)繞地球運(yùn)行2570圈后，再入大氣層并燒毀。
1961年1月，黑猩猩哈姆搭乘美國(guó)的水星-紅石2號(hào)進(jìn)入太空（未環(huán)繞地球），成了第一個(gè)人科航天員。憑借著人科動(dòng)物的聰明才智，它出色地完成了許多指令。通過(guò)扳動(dòng)指令對(duì)應(yīng)的拉桿（扳對(duì)吃香蕉），哈姆成功證明了在太空中不但能存活，還能保持意識(shí)清醒，主動(dòng)執(zhí)行任務(wù)，這是人類(lèi)開(kāi)展空間探索的基礎(chǔ)。同年11月，另一只黑猩猩伊諾斯圍繞地球飛了2圈并平安返回，在判分系統(tǒng)出現(xiàn)故障的不利條件下，同樣出色地完成了與哈姆一樣的任務(wù)。
中國(guó)的載人航天事業(yè)起步較晚，所以沒(méi)怎么用到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物探路，但好處是可以一步到位，直接使用新科技。在2003年10月楊利偉乘神舟五號(hào)升空之前，神舟三號(hào)、四號(hào)搭載的都是模擬人，足以評(píng)測(cè)航天員全程所處的環(huán)境和可能發(fā)生的各種事件。實(shí)際上，早在載人航天工程啟動(dòng)之前，中國(guó)就曾將動(dòng)物送入太空——1990年10月發(fā)射的返回式生物衛(wèi)星搭載了一批豚鼠和植物，8天后成功回收，當(dāng)時(shí)研究的不是存活問(wèn)題（因?yàn)樵缫阎肋@不是問(wèn)題），而是有關(guān)太空環(huán)境和長(zhǎng)久生活的問(wèn)題。
2025年10月31日，搭載神舟二十一號(hào)載人飛船的長(zhǎng)征二號(hào)F遙二十一運(yùn)載火箭點(diǎn)火發(fā)射。制圖/吳千千
長(zhǎng)期駐留需要生物天地對(duì)照實(shí)驗(yàn)
要說(shuō)太空和地球環(huán)境有何不同，基本上就是兩點(diǎn)：微重力和高輻射。人的骨密度和肌肉量是為了抵抗重力，長(zhǎng)期在微重力環(huán)境中生活可能導(dǎo)致骨質(zhì)疏松、肌肉萎縮。來(lái)自星際空間和太陽(yáng)的射線是更大的風(fēng)險(xiǎn)，雖然天宮空間站運(yùn)行在范·艾倫帶（環(huán)繞地球的高能粒子輻射帶）下方，盡可能地降低了輻射量，但航天員罹患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)恐怕還是要高于常人。
不過(guò)，風(fēng)險(xiǎn)有多高？在太空生活多久會(huì)面臨風(fēng)險(xiǎn)？如果要去往更遠(yuǎn)的地方，如月球基地或火星又將遭遇什么樣的生存考驗(yàn)？這些都需要“動(dòng)物航天員”協(xié)助研究。
1968年9月，蘇聯(lián)的探測(cè)器5號(hào)去月球背后繞了一下，又返回地球。其乘組包括2只四爪陸龜和一些酪蠅、黃粉蟲(chóng)、植物、種子、細(xì)菌及其他生物。在7天的旅程中，大家都活得挺好，盡管陸龜?shù)捏w重輕了10%，但依舊活躍，胃口也不錯(cuò)。1970年11月，軌道蛙耳石航天器攜帶2只牛蛙一飛沖天，這次任務(wù)配備了旋轉(zhuǎn)式重力模擬系統(tǒng)，可在有重力和微重力之間來(lái)回切換，用于研究長(zhǎng)期微重力環(huán)境的作用。1972年12月發(fā)射的阿波羅17號(hào)載有5只纖小囊鼠，它們的頭皮下植有輻射監(jiān)測(cè)器，以研究宇宙射線的影響。國(guó)際空間站里還有一個(gè)水族箱，配有飼喂系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)和模擬晝夜的LED燈，用魚(yú)類(lèi)來(lái)研究骨質(zhì)疏松和肌肉退化的問(wèn)題。
挑選哪些生物上天，是有規(guī)律可循的?！皠?dòng)物航天員”的選擇與實(shí)際任務(wù)的目標(biāo)要有關(guān)聯(lián)性。在最初的生存測(cè)試階段，選的動(dòng)物是那些比較容易訓(xùn)練、與人類(lèi)相似或者獸醫(yī)比較熟悉的，便于判斷傷病乃至死因。而對(duì)于為期較長(zhǎng)的生存測(cè)試，就要用到耐力超級(jí)強(qiáng)、能夠忍饑挨餓的動(dòng)物。不僅如此，它們還要易于理解、便于觀測(cè)，比如秀麗隱桿線蟲(chóng)不但細(xì)胞個(gè)數(shù)固定確知，就連每個(gè)細(xì)胞的分化順序都已被研究得清清楚楚。斑馬魚(yú)和隨神舟十九號(hào)上天的果蠅也都是遺傳科學(xué)的重要模式物種，基因組已全部完成測(cè)序。其中，斑馬魚(yú)身體透明，便于觀察，并且生命周期很短，能在短時(shí)間內(nèi)觀測(cè)好幾代。
研究長(zhǎng)期太空任務(wù)時(shí)，往往會(huì)在地面上留有同種動(dòng)物的對(duì)照組，雙方吃相同的食物，身處相同的光照和環(huán)境溫度，以此得到更可靠的科學(xué)數(shù)據(jù)。比如，為了確保從同一條起跑線出發(fā)，此次神舟二十一號(hào)攜帶的這批小鼠不是大家更熟悉的小白鼠，而是屬于近交系的黑色小鼠，它們的基因差異極小，訓(xùn)練篩選前后和發(fā)射前后得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都有可比性。當(dāng)然，參與這類(lèi)對(duì)照研究的也有過(guò)人類(lèi)雙胞胎：斯科特·凱利在2015年至2016年住在國(guó)際空間站上，而他的兄弟馬克·凱利則留在地球作為對(duì)照組。
“動(dòng)物航天員”能為星際旅行做什么
如前文所說(shuō)，派動(dòng)物去太空的動(dòng)機(jī)起初就是替人類(lèi)探路，看看在地球周邊的外層空間能否生存；這一關(guān)過(guò)了，就要看能否活得長(zhǎng)久，以便駐留空間站或去往更遙遠(yuǎn)的深空；再往后，還要研究繁衍問(wèn)題，探討星際旅行的可行性。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)太空探路的需求逐漸減少。現(xiàn)在，除了研究人類(lèi)在太空中長(zhǎng)期生活和醫(yī)療的問(wèn)題之外，利用“動(dòng)物航天員”主要是研究地球生命本身，進(jìn)一步探討宇宙中生命形式和演化過(guò)程的深層意義。
事實(shí)上，一切都是生存問(wèn)題：從當(dāng)下的生存問(wèn)題，到長(zhǎng)期生存問(wèn)題，再到種群生存問(wèn)題。
在太空中，宇宙射線對(duì)生殖細(xì)胞的危害顯而易見(jiàn)，微重力的影響則較為隱蔽。受精卵發(fā)育時(shí)能否分出動(dòng)物極和植物極？蛇卵、鳥(niǎo)卵和外界的氣體交換能否暢通？哺乳動(dòng)物的受精卵能否順利著床？這些問(wèn)題都事關(guān)目標(biāo)更遠(yuǎn)大的未來(lái)星際旅行。
1989年3月，作為一項(xiàng)科教實(shí)驗(yàn)，32只雞胚胎隨美國(guó)發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)前往太空，以研究胚胎在微重力中的發(fā)育（最后孵出不少）。1994年11月和1995年7月，兩組懷孕的褐家鼠分別乘美國(guó)亞特蘭蒂斯號(hào)和發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)到太空兜了一圈，回來(lái)后產(chǎn)下體重正常的幼崽，這表明胎兒置身太空環(huán)境，在懷孕后期仍能正常發(fā)育。2021年8月，日本山梨大學(xué)研究人員從懷孕小鼠身上提取了處于早期雙細(xì)胞階段的胚胎，送往國(guó)際空間站發(fā)育了4天。2023年10月發(fā)表的研究報(bào)告顯示，這些胚胎沒(méi)有出現(xiàn)輻射后的DNA損傷，并在微重力環(huán)境中表現(xiàn)出正常的結(jié)構(gòu)發(fā)育，分化出了胎兒和胎盤(pán)兩組細(xì)胞。
目前，還沒(méi)有哺乳動(dòng)物在太空中從受精到分娩的全流程記錄，也不清楚剛出生的幼崽在太空中有沒(méi)有生存困難。所以，神舟二十一號(hào)4只小鼠實(shí)驗(yàn)的后續(xù)任務(wù)非常值得期待。
在探索太空的征途中，認(rèn)識(shí)到生命的頑強(qiáng)是人們最大的收獲，盡管這種認(rèn)識(shí)有時(shí)來(lái)自意外的悲劇。2003年2月，美國(guó)哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)完成STS-107任務(wù)，返航時(shí)不幸解體，7名航天員罹難。在事后搜集到的殘骸中有一個(gè)加固過(guò)的儲(chǔ)物柜，人們?cè)诠裰械呐囵B(yǎng)皿里意外地發(fā)現(xiàn)了幾百條微小的秀麗隱桿線蟲(chóng)。由于這種生物的生命周期只有兩三周，因此它們從浩劫之日算起，早已繁殖四五代了。在2007年的光子-M3任務(wù)中，歐洲空間局將幾組水熊蟲(chóng)送入太空，第一組直接暴露在真空中，其他兩組還要承受不同劑量的太陽(yáng)輻射。然而，等這些小家伙重新補(bǔ)水后，第一組直接滿血復(fù)活，后兩組也有3只成功復(fù)蘇，頑強(qiáng)的生命力令人驚嘆。人們認(rèn)為，到了太陽(yáng)變成紅巨星那天，或許水熊蟲(chóng)還能活到最后。
從這些頑強(qiáng)、堅(jiān)忍的小生命身上，天體生物學(xué)家認(rèn)識(shí)到，生命或生命物質(zhì)也許有希望、有能力橫渡茫茫太空，從一個(gè)星球去往另一個(gè)星球。同時(shí)，結(jié)合對(duì)隕石、太陽(yáng)系其他天體以及系外行星的研究探測(cè)，“動(dòng)物航天員”已為生命的起源演化打開(kāi)了更廣泛的思路。
（雷淼 作者為中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員）
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