组图:“不再是兄弟” 去太空后改变了7%的基因?

2018-04-01 16:09:41    所在频道:  最新    来源: 果壳网

  最近几天有很多新闻称,美国宇航员在太空中生活了1年后,7%的基因被改变了。连这名宇航员自己都发facebook跟自己的双胞胎弟弟说:

  “什么?我的DNA改变了7%?我刚刚才通过这篇文章知道这件事。那这是个好消息!我再也不用把马克·凯利叫做我的双胞胎兄弟了!”图片来源:Facebook

  原来太空旅行会改变人的基因?还变了7%这么多?那这个宇航员还是原来的他吗?

  喂,这可不是什么最新的科学大发现,而是一个大乌龙!实际上,太空旅行根本不会改变人的基因,改变的只是基因表达。要知道人类和黑猩猩拥有98.8%相同遗传编码,要是一个人7%的基因发生了变化,谁知道他会变成什么!

  NASA:这个锅我不背

  为什么我们看到的新闻都成了“基因改变7%”?这一连串的乌龙还要从NASA的一篇新闻稿以及背后的研究项目说起。

  斯科特·凯利和马克·凯利是一对双胞胎,兄弟俩都成了NASA的宇航员。他们指出,既然他俩有相同的DNA,那么也许可以设计对照实验来研究太空环境对人体的影响。

  马克(左)与斯科特(右)。图片来源: extremetech

  NASA觉得这是个不错的注意,于是公开向外部研究者征集提案。最后,NASA的这个命名为“双胞胎实验”的项目总计收获了10个研究项目,内容包括研究凯利兄弟的认知能力,以及通过他们基因表达的变化去寻找代谢变化征兆等等。

  于是在2015至2016年间,斯科特·凯利和俄罗斯宇航员米哈伊尔·科尔尼延科(Mikhail Kornienko)在国际空间站度过了340天。顺便说一句,这可是人类在单次太空任务中的最长停留记录哦。

  斯科特在任务中。图片来源:The Verge

  斯科特回到地球后,NASA的双胞胎实验也迅速展开了。2018年1月31日,NASA发布了一篇新闻稿,其中写道:“研究者现在知道斯科特93%的基因在返回地球后恢复了正常。然而,剩下的7%可能导大量基因的长期变化,可能影响到免疫系统、DNA修复、骨骼形成网络、低氧以及高碳血酸症等等。”正是这句话带有歧义,引发了一系列大乌龙。

  这篇新闻稿在一月发出时吸引了一定的关注,但其实NASA还没有提到最终研究的结果(结果预计在今年晚些时候放出),很可能是因为研究还没有完成。但是,如《大西洋月刊》所说,在三月中旬,一些媒体“因为尚不清楚的原因”盯上了这篇新闻稿。最后,许多媒体以讹传讹,这篇新闻就变成了我们现在看到的样子。

  NASA前宇航员斯科特·凯利,现已退休。图片来源:Wikipedia

  这篇新闻稿被大肆误报的部分原因是NASA没有解释“基因变化”的含义。斯科特·凯利的DNA并没有改变。NASA还在报道中说这种基因变化发生在一个“太空基因”中,这也造成了误解。事实上,NASA所说的“太空基因”仅仅是指在太空旅行中有可能受到影响的基因。

  斯科特·凯利仍然是一个人类,而且他还是马克·凯利的双胞胎,他们依然有着一样的DNA!斯科特那篇推特只是他看到媒体的误报之后开的玩笑而已。那么,到底是什么改变了呢?

  改变的不是基因,是基因表达

  人类有约20000个基因,分布在23对染色体之中。你身体内的每个细胞都有这些基因的全套。尽管如此,我们的细胞是不一样的——比如,神经细胞跟胃壁细胞一点都不相似。它们的功能也大不相同:一个是在神经系统里传递电信号和化学信号的,另一个则释放胃酸帮助人类消化食物。

  这些功能差异不是因为DNA的不同,而是由于它们表达的不同。复杂的化学路径以及反馈环路会让一些特定基因打开或关闭。每个基因会编码蛋白质(人体内的一个构建块),根据基因的开闭状态,建造出不同的结构,产生不同的反应。

  染色体、DNA与基因。图片来源:anekasains45.wordpress.com

  基因表达如果发生了微妙变化,也不会让你的神经元变成血细胞,但是它可以改变细胞的工作状态。基因表达的变化可以导致细胞癌变,或者引出一连串事件导致心脏病患病率增大。

  NASA表示基因表达的变化与“斯科特·凯利的免疫系统、DNA修复、骨骼构建网络、缺氧以及高碳酸血症有关”。这段话说的太简略了,所以我们必须等待最后的论文才能更好地评估这些发现。NASA更新了新闻稿,声明凯利7%的基因表达变化是“非常小”的,而且很可能处于“人类承受压力时——比如登山或潜水——发生变化的正常范围之内。”

  双胞胎研究还涉及对凯利端粒变化的研究。端粒是染色体上像帽子一样的DNA序列。端粒长度的变化是衡量细胞健康的一个粗略标准。随着年龄的增长,端粒往往会变短。但古怪的是,NASA的报告说凯利的端粒在太空中变长了。这是需要仔细评估的另一件事情。

  细胞(cell)中含有染色体(chromosome),染色体两端帽子状的DNA序列就是端粒(telomere)。

  图片来源:Medical News Today

  总的来说,现在说一年的太空旅行如何影响凯利的长期健康还为时过早,而且现在很难知道是太空飞行的哪些方面导致了这些改变。如果基因表达真的出现变化,那也很难说是太空旅行的哪一个因素导致的。这些变化可以被归咎为生活在微重力的环境下、缺乏运动、睡眠质量差或是吃冷冻干燥的食物。同时,也有随机变化的可能。

  事实上,基因一直在打开、关闭。明尼苏达大学的遗传学研究员兰·贝克曼(Ran Blekhman)告诉我们,“基本上所有事物”都可以影响开闭。压力、饮食、接触病原体、肢体活动,甚至孤独都可能会调整基因开启和关闭的方式,甚至有一项研究发现冥想改变了基因表达。许多基因还会以昼夜节律运行,这意味着它们以24小时为周期循环开闭。

  所有这些干扰,都让辨别基因表达中有意义的变化(比如让癌细胞和健康细胞产生差异的变化)和找出造成这些变化的根本原因变得非常困难。

  双胞胎实验带来的启示

  当初凯利和科尔尼延科飞上太空,并不仅仅是为了打破人类在太空中生活的时间记录。这次任务的长度为日后登录火星等其他长期任务提供了重要测试。一次前往火星的旅途需要几个月到一年,NASA很好奇在太空中停留这么长时间会对人造成何种损害。

  NASA和它的国际伙伴通常会让宇航员在国际空间站执行六个月的任务。但是只呆六个月也会对宇航员造成一些负面影响。宇航员在执行任务的时候通常会报告视力衰退,而且在返回地球后也没有立即恢复正常。骨骼可以在微重力的情况下变得脆弱,肌肉会萎缩。在太空中也更难入睡。

  宇航员在太空中试图做一些运动,减缓肌肉萎缩。图片来源:fineartamerica.com

  科学家还担心更长时间的任务会对人体生理造成更严重的影响,从改变肠道中的益生菌水平到降低免疫系统的能力。因此NASA的研究者们一直设法研究太空环境对宇航员健康的影响,斯科特和马克这对双胞胎宇航员可以说是非常合适的研究对象了。

  尽管这次实验的控制做得不算完美,但是因为研究者有两个双胞胎在多个节点的数据,所以可以进行比较。如果在这段时间里,斯科特与马克在任何一项测试中的水平相差太大,那也许就可以把这种变化归咎于斯科特在太空中停留的时间。

  所以,这个双胞胎实验到底给了我们哪些信息呢?

  安迪·费因伯格是约翰斯霍普金斯大学的一名分子生物学家,他参与了凯利双胞胎实验。费因伯格告诫说,在双胞胎研究中进行基因检测,目的不是得出太空对我们基因有何影响的最终结论。你永远没法靠单个实验对象和单个对照样本做到这一点。“你可以据此建立一个假设,但你无法证明任何事情。”他说。

  还有就是,总体来说,研究者不光在关注基因。他们还关注认知功能、免疫功能、新陈代谢以及生命体征的检测。通过全部研究得来的数据,可能会得到关于太空如何影响健康这一复杂问题的线索,以及要依靠未来任务进行验证的假设。

  费因伯格说,有一件被低估但也许更加重要的事情:这个双胞胎实验是科学家改进宇航员生理测试实施方法的一种途径。比如说,费因伯格说他和同事花了一些时间在“呕吐彗星”上。“呕吐彗星”是NASA的模仿零重力环境建造的飞机,所以对于从宇航员身上抽取血液样本这件事,他们可以建立严密的取样流程。

  人们在“呕吐彗星(vomit comet)”舱内体验失重的感觉。图片来源:telegraph.co.uk

  “仅仅搞清楚如何做这些事本身就很重要。”费因伯格说。即使结果仅仅能提供一个可以在未来检测的理论,那也足够了。他说,让人类为星际旅行做好准备是几代人的工作。这项研究仅仅迈向未来的一小步。

  所以,科学家也许不会从斯科特和马克·凯利身上知道太空能对我们的基因造成多大影响。但是他们会更清楚,如何在未来回答这个问题。