美国航太总署（NASA）的太空人凯特.鲁宾斯（Kate Rubins）正在国际太空站上进行生物分子定序（Biomolecule Sequencer）实验。将来的太空DNA定序仪可以鉴定微生物、诊断疾病，甚至有可能侦测太阳系其他星球上的DNA生命形式。 PHOTOGRAPH BY TAKUYA ONISHI, NASA

据美国国家地理（撰文：Nadia Drake编译：林宇威）：虽然我们还不知道火星上是否有微生物存在，但根据科学家对地球细菌的研究，太空环境可能会让某些细菌变得特别难缠。

不会有人想在太空中被传染疾病，因为返回地球的任务可能变得很棘手。在医疗用品有限的框架下，机组员无法治疗每种可能出现的并发症，而受感染的太空人更可能会危及整个任务。

对于未来人类前往火星的太空任务来说，尤其是如此！如果太空人不幸开始流鼻涕了，距离最近的药局可是至少有5300万公里！虽然说我们在让太空人进入太空之前，已经采取了一大堆预防措施，来降低生病的风险，但如果我们在抵达红色星球之后，却发现全新的感染源，那该怎么办呢？

没有人知道现在的火星上是否有微生物存在。但如果在这个星球上的「居民」不只有人类的探测车和登陆器，那么这些生物很可能是藏在地下的单细胞生物。地底环境不但能避开强烈的辐射，在深处的地热系统附近，甚至有水、养分和能量能让生物蓬勃生长。

问题是登上火星的太空人，如果想利用这个星球的地下资源时，可能会暴露于潜在的火星细菌威胁下。更让人担心的是，先前科学家对地球微生物的研究显示，某些细菌在太空中的表现特别奇怪。了解宿主与病原体之间的反应在太空飞行时如何变化，对于长期太空旅行来说非常重要。毕竟，人类前往火星的任务得花上好几个月到几年的时间。

亚利桑那州立大学（Arizona State University）的谢丽尔.尼克森（Cheryl Nickerson）表示：「在我们让人进行长期飞行前往火星之前，最好弄清楚微生物对太空飞行环境的反应是什么。」

侦测感染

在1960和1970年代，至少有两次阿波罗（Apollo）任务被罹病的太空人影响。 1968年，阿波罗7号的指挥官华利.舒拉（Wally Schirra）在发射后15小时染上了感冒。很快地，他就把感冒传染给其他的伙伴，焦躁不安的太空人甚至在太空中发动了一场「迷你叛乱」。

后来在1970年，在恶名昭彰的阿波罗13号任务发射之前，至少有一名预定的机组成员因接触到麻疹患者而被替换。接着在飞行过程中，机组人员弗雷德.海斯（Fred Haise）出现尿道感染的症状，他痛苦却无法获得治疗，并进展为长期的肾脏感染。

现在，为了减少太空人在地球外罹患疾病的风险，太空机构会先对太空人进行隔离措施。根据目前美国航太总署的规定，在发射前七天，太空人会进入隔离空间，只能与经过批准的家庭成员和支援人员接触。不过被隔离在哈萨克拜科努尔太空发射场（Baikonur Cosmodrome）的太空人萨曼塔.克里斯托福雷蒂（Samantha Cristoforetti）表示，实际上会接触的人仍可能有40至50人。

「仍然有很多人和我们一起度过隔离的这段日子，」她说，「我们偶尔也会与其他人互动──不过我们应该要避免身体接触，而且他们也会戴上口罩。」

在隔离期间，医生会定期评估太空人和接触者的感染症状，像是发烧或喉咙痛等等。

「虽然这听起来可能不太有趣，但我们担心的就是些平常的传染病，像是感冒或是流行性感冒，因为这就是最常见的病原体。」美国航太总署詹森中心（Johnson Space Center）的医生罗伯特.马尔卡希（Robert Mulcahy）在电子邮件中写道，「我们不希望像感冒这样的普通疾病，影响了飞行机组员在进行发射和对接等关键操作时的表现。」

从哈萨克发射前往俄罗斯联盟号（Soyuz）太空船的太空人，也得经历类似的过程。但马尔卡希和他的同事目前正在更新美国航太总署健康维持计画（Health Stabilization Plan）中的检疫规定，以符合将来商业机组员和从美国发射的美国航太总署任务需求。

他们所提出的修改，包括将检疫期从7天延长为14天，增加了对太空人和访客间直接接触的限制，并要求在检疫设施中工作的非太空人进行额外的疫苗接种。

「我们发现，像是麻疹这类疫苗可预防的疾病开始在美国卷土重来，」马尔卡希说，「因此，在检疫期间确保不会接触到这些疾病非常重要。」

感受压迫

保护太空人在飞行前不会暴露在染病风险下是一回事，但如果是藏在人类身体里面或是在太空船上，跟着一起上太空的微生物，该怎么办呢？

数十年来，科学家一直在研究人类和微生物如何应付微重力环境，这可能也对我们将来要前往低重力环境的火星来说相当重要。虽然科学家尚未完全了解这些反应的确切机制，但研究结果显示，太空飞行会改变传染性微生物与免疫系统之间的对抗机制，原本微妙的平衡可能会转变为对感染较为有利。

根据这项研究，低重力环境会减弱人体的免疫系统，使我们更容易罹病。同时，微重力似乎也改变了微生物在压力下的反应。在某些情况下，甚至能够增强致病能力和抵抗药物的能力。在太空和地球上模拟微重力环境所进行的数十项研究显示，太空飞行会影响某些细菌对环境的反应。

「我们实在非常惊讶，微生物的致病性竟然会因为太空飞行发生变化，」尼克森说。她的实验室已经证明，有种造成人类食物中毒的特殊鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella enterica ssp. enterica ser. Typhimurium），如果在微重力环境待上一段时间后，会变得更加致命。

2006年，他们让沙门氏菌跟着亚特兰提斯号（Atlantis）太空梭进入轨道。当尼克森和她的团队在地球上培养沙门氏菌时，太空人也同时在太空中进行培养。当太空梭返回地球时，尼克森让小鼠感染了地球上和太空中的沙门氏菌。

结果如何呢？太空飞行增加了沙门氏菌的毒性，让细菌能以更低的剂量更快速地杀死小鼠。但是，尼克森谨慎地指出，这种效果只是暂时的。

「这是一项短期的实验，」她说，「我们所看到的不是永久性、可遗传的变化，细菌只是为了适应环境而发生变化，如果环境再度改变时，细菌也会跟着改变适应方式。……这就是细菌为了生存下去，为了在任何地方感染人类所必须要做的。」

进一步的研究显示，微重力环境正好与沙门氏菌常遇到的环境讯号相同──也就当液体在细胞表面移动造成力量减少时，向细胞发出可以开始感染的讯号。在地球上，这样相对平静的状况可能发生在保护良好的肺囊或肠道中，但在太空中，到处都是这样的环境。

「之前没有人证明这一点，」尼克森表示，「没有人想过物理状态能够改变生物体的毒性或致病性。」

全都堵塞

但到目前为止，研究者只有在沙门氏菌中，发现这种太空飞行诱发微生物对活体动物毒性增加的现象。但是还有许多其他研究显示，太空飞行改变了微生物的生长、大小、新陈代谢、抗生素的抗药性等特性。

这些实验有些是在太空中进行，有些则是在模拟的微重力状况下完成，测试的对象包含许多为人熟知的微生物，像是大肠杆菌（E. coli）、造成鼠疫的鼠疫耶氏杆菌（ Yersinia pestis）、变种链球菌（Streptococcus mutans）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、枯草杆菌（Bacillus subtilis）和白色念珠菌（Candida albicans）──这是种会感染酵母的真菌。部分研究显示，在微重力环境下，有些微生物的毒性变得更强，有些微生物则相反，或是没有任何改变。

「在过去50年间的许多实验显示，在太空飞行期间进行微生物培养，会产生独特的微生物反应，包括生长动力学、抗生素抗药性，以及生物膜（biofilm）形成都会有所变化。」美国航太总署的马克.欧特（Mark Ott）如此表示。

值得注意的是，生物膜的变化可能对人类健康和环境系统造成重大问题。这些微生物聚集并附着在表面上共同生长，形成复杂的分层结构，以增强对免疫防御和不良环境的抵抗力。因此，这样的情形若是发生在人体内部，会非常难以治疗，如果是在太空站上，更会堵塞和破坏重要的太空站基础设施。

「在自然界中，绝大多数的细菌都生长在附着于表面的微生物群体中，」伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的辛西亚.柯林斯（Cynthia Collins）和她的同事在最近的一篇论文中如此报导，「在俄罗斯的和平号（Mir）太空站上，就发现了大量的生物膜，导致设备腐蚀和净水系统堵塞。」

2011年，柯林斯和她的同事们将绿脓杆菌（Pseudomonas aeruginosa）──造成太空人弗雷德.海斯（Fred Haise）飞行时疾病的祸首──送入亚特兰提斯号太空梭。他们发现与地球环境相比，在太空中的绿脓杆菌轻易地就能形成更厚、更大的生物膜，科学家还发现这些细菌形成了「在地球上从未见过的的柱-冠层结构」。

其他的研究更显示，在太空中不但有细菌生长，这些微生物生长和行为的变化让我们更难杀死它们。 1982年在苏联太空站礼炮七号（Salyut 7）上进行的实验结果显示，特别是在地球轨道上的大肠杆菌，对抗生素的抗药性会产生显著增加。

最近，太空人泰瑞.维茨（Terry Virts）和杰夫.威廉斯（Jeff Williams）在国际太空站（International Space Station）内的八个地点──包括餐桌、太空人个人空间、厕所等──进行采样，并将样本送回地球进行培养。

「国际太空站不是个无菌的环境，」马尔卡希说，「太空人会像我们在家一样，定期进行清洁工作。」

隶属于喷射推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）的实验小组，从这些样本中培养出微生物，并进行基因定序，发现有九种致病生物和其他许多微生物，表现出多种抗生素的抗药性──包括盘尼西林（青霉素）在内。基因定序的结果还显示，这些微生物可能对其他抗生素也有耐药性，不过这样的假设尚未通过实验验证，也还无法证明太空飞行就是增加抗药性的罪魁祸首。

即便火星既贫瘠又没有生物生存，保持未来人类居住环境的清洁仍然相当重要。同时，我们也要找出最佳对策，以对抗可能在微重力状态下蓬勃生长的地球细菌。

「我们能提前知道所有事情吗？不，我们甚至不知道为何绝大多数的病原体会在地球上造成疾病，」尼克森表示，「但这非常重要，微生物统治着我们的世界，我们只是在微生物的世界里生存罢了。」

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