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SpaceX 载有科学研究和技术演示的第 22 次货运补给任务，已于 6 月 3 日从位于佛罗里达州的美国航空航天局（NASA）肯尼迪航天中心（Kennedy Space Center）发射到国际空间站（International Space Station）。货运龙飞船（Dragon）上的实验包括水熊虫（water bear）对太空环境的耐受力研究、太空中的微重力对共生关系是否存在影响，以及肾结石形成的分析等。 这次补给任务的重要有效载荷包括： 太空中的水熊虫 一只水熊虫的特写图像。细胞科学 4 号任务将缓步动物，即水熊虫，带到了国际空间站进行研究，目的是确定它们在高压力环境中参与适应和生存的基因。图片来源：托马斯 · 布斯比，美国怀俄明大学 图片中不起眼的微小生物，却拥有超乎我们想象的生命力：地球上温度最低和最高的环境、干涸了几十年滴水不见的环境、强劲的太空辐射，面对这些水熊虫都毫无波澜。 这种看起来胖乎乎的八足动物，可能会成为战胜不可能的英雄。水熊虫是缓步动物（tardigrade）的别称，因其在显微镜下的外观和在水中的常见栖息地而得名，具有在极为恶劣的条件下也能生存的超能力。这让它们成为了研究地球和太空极端条件下生物生存的模式生物。此外，研究人员对其中一种缓步动物 Hypsibius exemplaris 的基因组进行了测序，发展出了测量不同环境条件对缓步动物基因表达影响方式的方法。 了解它们是如何忍受极端环境的，比如宇航员会在太空中经历的微重力和高水平辐射，可以让我们更好地研究保护人类免受长期太空旅行压力影响的方案。在国际空间站上，一项名为细胞科学 4 号（Cell Science-04）的实验将有助于揭示缓步动物是如何做到这一点的。 这些研究结果可以帮助我们更好地理解太空中压力因素对人类影响，为相关的对策制定提供支持。" 对于包括人类在内的生物来说，我们已经演化得足够适应地球上的生活环境，但太空飞行仍是一件非常具有挑战性的事情，" 美国怀俄明大学（University of Wyoming）的助理教授、该实验的首席研究员托马斯 · 布斯比（Thomas Boothby）说道，" 我们真正想知道的是，缓步动物是如何在这样的环境中生存和繁殖的，它们在到达太空时使用了什么样的‘技巧’来生存，随着时间的推移它们的后代又使用了哪些技巧，这些技巧是相同的还是在一代一代发生变化？以及我们是否可以学习它们的技巧，加以调整来保护太空中的宇航员。" 在缓步动物的生存技巧中，其中一个可能是产生更多的抗氧化剂，来对抗因太空辐射增加而引起的对身体有害的变化。 " 我们已经观察到了在面对地球上辐射时它们会做出这种反应，" 布斯比说，" 我们认为缓步动物为了抵御地球上的极端环境而演化出的应对方式，可能也是保护它们免受太空飞行压力的原因。" 研究团队将研究在太空中缓步动物的基因会发生什么变化，了解哪些基因的表达和静默是针对短期和长期太空飞行的，这将有助于研究人员确定缓步动物在这种压力环境中生存的具体方式。例如，如果它们的其中一个解决方案是调高抗氧化剂的生成，那么参与这一过程的基因就应该会受到影响。 查明有哪些基因也会被其他的环境压力激活或静默，将有助于判别出只对太空飞行做出反应的基因。细胞科学 4 号实验将在后续测试出，这其中有哪些基因是缓步动物在这种高压力环境中适应和生存所真正需要的。 来自空间站实验的数据，也将为基于地球的研究提供比较，后者更常见成本也更低，在模拟的太空飞行条件下研究缓步动物的反应。而空间站中的实验将告诉研究人员，这些地面模拟条件与实际太空飞行的相似程度究竟如何。 细胞科学 4 号实验的小小英雄们并非第一批和宇航员一起踏足太空的缓步动物，此前已有空间站外实验证明，即使是处在太空的真空环境中它们也能存活下来。这一次，NASA 位于加利福尼亚硅谷的艾姆斯研究中心（Ames Research Center）为空间站开发并制作了一个特殊的科学器件，让水熊虫们可以在其中生存繁殖，艾姆斯研究中心同时也负责管理这项任务。这个特殊的科学器件名为 " 活体培养系统 "（Bioculture System），利用它在太空中培养细胞、组织和微小的动物，科学家能够进行实时、远程的监控，更好地控制调整它们在培养系统中的生长条件，完成特殊的长期研究。 从长远来看，如果能弄清缓步动物生存弹性如此之大的原因，我们或许就能保护生物材料（例如食物和药物）免受极端温度、干燥和辐射暴露的影响，对于长期的深空探索任务来说，这将是非常重要而宝贵的。小小的水熊虫，或许能给我们带来极大的可能性。 微重力环境下的共生鱿鱼和微生物 幼年鱿鱼特写图像。这些未成熟的夏威夷短尾鱿鱼是 UMAMI 实验的一部分，该实验旨在调查太空是否会改变鱿鱼与费氏弧菌之间的共生关系。图片来源：杰米 S. 福斯特，美国佛罗里达大学（University of Florida） " 了解微重力对动物 - 微生物相互作用的影响 " 实验（Understanding of Microgravity on Animal-Microbe Interactions，UMAMI）研究了太空飞行对有益微生物与其动物宿主之间分子和化学相互作用的影响。微生物在动物组织的正常发育和维持人类健康方面发挥着重要作用，" 动物，包括人类在内，都依靠着与我们同在的微生物来维持健康的消化系统和免疫系统，"UMAMI 的首席研究员杰米 · 福斯特（Jamie Foster）说道，" 我们并不完全了解太空飞行对这些有益相互作用有着何种改变。UMAMI 实验使用夜光短尾鱿鱼（bobtail squid）来研究这些动物健康相关的重要问题。" 夏威夷短尾鱿鱼（Euprymna scolopes）是一种常见的动物模型，用于研究两个物种之间的共生关系。这项调查有助于确定太空飞行是否会改变生物间的互利关系，为相关保护措施和缓解措施的制定提供支持，用于帮助宇航员在长期太空任务中维持健康。这项工作还有助于我们更好地了解动物与有益微生物之间复杂的相互作用，包括微生物用在动物的组织间进行传播的新途径。这些知识有助于确定保护和加强这些关系的方法，以改善地球上的人类健康和福祉。 现场超声技术 技术演示 "Butterfly iQ Ultrasound" 展示了微重力环境下便携式超声波与移动计算设备的结合使用。这项演示收集了空间站在站人员对超声图像操作上的难易性和图像质量的反馈，包括图像的采集、显示和存储。 " 对于未来近地轨道以外的探索任务，宇航员无法即时获取来自地面的支持，这种商业现成技术就能发挥作用，提供重要的医疗能力。"Butterfly iQ 技术演示的整合经理卡丹巴里 · 苏里（Kadambari Suri）说道，" 这项技术演示还查验了机组人员自主使用该设备时即时指令的有效性。" 除此之外，该技术还具有应用于地球的潜在价值，例如偏远地区和孤立环境中的医疗保健。 开发更好的机器驾驶员 Pilote是欧洲空间局（European Space Agency，ESA）和法国国家空间中心（Centre National d'Etudes Spatiales，CNES）的一项实验，它使用基于触觉或模拟触摸和运动的虚拟现实与界面，来测试机械臂和航天器远程操作的有效性。控制机械臂和航天器的人体工程学测试必须在微重力下进行，因为地球上的测试在设计上所使用的人体工程学原理并不适用于在轨航天器上的条件。Pilote 对现有的技术和新技术进行了比较，包括最近为遥控操作所研发的技术，以及用于驾驶加拿大机械臂 -2（Canadarm2）和联盟号（Soyuz）飞船的其他技术。除此之外，这项实验还对比了宇航员在地面和长期太空任务中的表现。实验结果可以帮助优化空间站上工作站，以及未来用于月球和火星任务的航天器的人体工程学设计。 在太空中和地球上，保护肾脏 在航天飞行过程中，一部分机组成员对肾结石的易感性会有所上升，这可能会对他们的健康和任务执行产生负面影响。肾细胞 2 号实验（Kidney Cells-02）使用 3D 肾细胞模型（或组织芯片），来研究微重力对可导致肾结石的微晶形成有何影响。肾细胞 2 号实验是太空组织芯片计划（Tissue Chips in Space）的一部分，该计划由国际空间站美国国家实验室（ISS U.S. National Laboratory）与美国国立卫生研究院（National Institutes of Health，NIH）的国家转化科学促进中心（National Center for Advancing Translational Sciences，NCATS）合作执行，目标是分析微重力对人类健康的影响，并将其转化为地球上的医疗改善。这项实验或许能揭示肾脏疾病发展和进展的关键途径，为宇航员和地球上患病率高达 10% 的肾结石患者提供治疗和预防肾结石的疗法。 " 通过这项研究，我们希望能确定肾结石形成过程中发生细胞变化的生物标志物或‘特征’，" 首席研究员艾德 · 凯利（Ed Kelly）说道，" 这或许能知道我们发展出新的治疗干预措施。在空间站进行这项研究的基本原理是，微晶的行为方式类似于我们人体肾脏中的情况，这意味着它们会悬浮在肾脏芯片管中，不会像在地球上的实验室中那样沉到底部。" 生产生命力更顽强的棉花 为改良棉花在轨培育实验准备的棉花幼苗。改良棉花在轨培育实验研究的是在幼苗建立的关键阶段，根系结构对植物的恢复力、水分利用效率和固碳能力有何影响。图片来源：西蒙 · 吉尔罗伊，威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin-Madison） 过表达某种基因的棉花植物，会显示出对干旱等胁迫因素更强的抗性，在特定胁迫条件下，相比没有这一特性的植株，过表达这种基因的棉花纤维产量会高出 20%。研究人员目前认为这种抗逆性与强化后的根系系统有关，强化的根系系统可以利用更大体积的土壤获取水和养分。改良棉花在轨培育（Targeting Improved Cotton Through On-orbit Cultivation，TICTOC）实验研究的是在幼苗建立的关键阶段，根系结构对植物的恢复力、水分利用效率和固碳能力有何影响。根系生长模式与重力密切相关，TICTOC 可以帮助确定在没有重力的情况下，哪些环境因素和基因调控着根系的发育。 棉花应用于各类日常消费品中，从衣服到床单再到咖啡滤纸，但棉花的生产会涉及到大量用水和农业化学品。" 我们希望借此揭示棉花根系形成的特征，让育种人员和科学家可以针对这些特征来改善棉花植株的种植特性，例如抗旱性或养分吸收，这两大特性都是现代农业中环境影响的关键因素。" 实验的首席研究员西蒙 · 吉尔罗伊（Simon Gilroy）说。提高对棉花根系和相关基因表达的理解，可以促进更健壮的棉花植株的研发，同时减少水和农药的使用。 额外的能量来源 空间站在地球上空飞行的图像。这张图显示了六个 iROSA 太阳能电池阵列的计划配置，目的是为国际空间站增强电力图片来源：NASA/ 约翰逊航天中心（Johnson Space Center）/ 波音公司 新的太阳能电池板也被送往了空间站，增加用于研究和其他空间站内活动的能源。国际空间站滚动打开柔性太阳能阵列板（ISS Roll-out Solar Array，iROSA）由紧凑型的面板所组成，基于此前在空间站演示过的技术，可以像展开长地毯一样滚动打开。第 65 远征队（Expedition 65）队员计划在今年夏天，开始准备用六个新阵列中的其中之二来补充空间站现有的刚性面板。
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发表于 2021-6-30 10:00:35
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