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中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心有效載荷運(yùn)控大廳有一塊巨幅屏幕，當(dāng)中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所水生生物學(xué)2024級(jí)博士研究生古沛凡第一次站在它面前時(shí)，感覺(jué)自己很渺小。她在等待監(jiān)視屏幕中傳來(lái)神舟十八號(hào)載人飛船的畫面，那里能夠清晰地看到一個(gè)容積為1.2升的小魚(yú)缸，里面有她與師姐張憲園親手挑選的4條斑馬魚(yú)與4克金魚(yú)藻。
在連上信號(hào)的那一刻，古沛凡看到金魚(yú)藻莖葉舒展，微微擺動(dòng)，運(yùn)行系統(tǒng)中余留的空氣形成一個(gè)圓形的氣泡，斑馬魚(yú)圍繞它靈動(dòng)地游動(dòng)著，旋轉(zhuǎn)輕啄。
“我心里設(shè)想過(guò)很多遍情形，都不如那一瞬的驚艷。”古沛凡說(shuō)，金魚(yú)藻完美發(fā)揮了作用，斑馬魚(yú)得到充足的氧氣供應(yīng)，因此可以怡然自得地“探索”太空。
在近日舉行的中國(guó)空間站空間應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)與應(yīng)用進(jìn)展情況介紹會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所研究員王高鴻在空間先進(jìn)水生生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展報(bào)告中表示，2024年4月-6月，包含4條斑馬魚(yú)和4克金魚(yú)藻的空間先進(jìn)水生生保系統(tǒng)，隨神舟十八號(hào)載人飛船成功發(fā)射升空并進(jìn)入中國(guó)空間站，在空間站穩(wěn)定運(yùn)行了43天，實(shí)現(xiàn)了在軌產(chǎn)卵。
王高鴻表示，這是我國(guó)首次在軌建立空間自循環(huán)水生生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)在空間培養(yǎng)脊椎動(dòng)物的突破，創(chuàng)造了國(guó)際上迄今為止水生生態(tài)系統(tǒng)空間運(yùn)行的最長(zhǎng)時(shí)間。
不少網(wǎng)友將這4條“上天”的斑馬魚(yú)稱為“魚(yú)航員”，并圍繞它們提出了諸多問(wèn)題，比如為什么要帶斑馬魚(yú)和金魚(yú)藻上天？它們是否能夠更好地在太空環(huán)境中存活？“魚(yú)航員”背后的“養(yǎng)魚(yú)人”有怎樣的故事？
為什么是斑馬魚(yú)
中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所水生生物學(xué)博士研究生張憲園負(fù)責(zé)挑選斑馬魚(yú)的相關(guān)工作，“斑馬魚(yú)作為脊椎動(dòng)物的模式生物，其基因組信息和人類有高達(dá)70%以上的相似性”。
張憲園告訴中青報(bào)·中青網(wǎng)記者，斑馬魚(yú)具有體型較小、輕盈，游泳運(yùn)動(dòng)行為較容易監(jiān)測(cè)等特征，它的胚胎發(fā)育過(guò)程跟人體相似，在卵發(fā)育過(guò)程中斑馬魚(yú)會(huì)形成一個(gè)卵黃囊，再由卵黃囊形成各種器官，包括腸道、甲狀腺等與人體高度相似的器官。
“將斑馬魚(yú)作為與人類相似的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物來(lái)研究，有利于更好地了解航天員在太空中出現(xiàn)的一些特殊生理反應(yīng)和身體的異常現(xiàn)象。”王高鴻說(shuō)。
王高鴻也是張憲園的指導(dǎo)老師，在他看來(lái)，研究斑馬魚(yú)有助于更好地研究航天員因?yàn)樯咸斩霈F(xiàn)的骨質(zhì)疏松、肌肉萎縮、心血管疾病等問(wèn)題。
同時(shí)，張憲園認(rèn)為，對(duì)斑馬魚(yú)及其生命保障系統(tǒng)的研究，有利于為航天員將來(lái)的長(zhǎng)期飛行提供動(dòng)物性蛋白等物資供應(yīng)，也能讓太空中的廢水得以循環(huán)利用。
“相比于小白鼠，培養(yǎng)斑馬魚(yú)作為空間實(shí)驗(yàn)動(dòng)物簡(jiǎn)單易行，在很小的體積內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)，另外人類90%以上的疾病都可以在斑馬魚(yú)中找到模型進(jìn)行研究，所以在生物學(xué)研究中，斑馬魚(yú)的地位僅次于小白鼠。”王高鴻說(shuō)。
事實(shí)上，日本、德國(guó)之前都做過(guò)“帶魚(yú)上太空”的相關(guān)研究，日本選擇的是帶青鳉魚(yú)、斑馬魚(yú)上太空。王高鴻說(shuō)，日本選擇直接用太空艙中的空氣注入魚(yú)缸，當(dāng)魚(yú)產(chǎn)生排泄時(shí)，日本宇航員會(huì)采取過(guò)濾和換水等操作，而我國(guó)則選擇讓排泄物成為金魚(yú)藻的養(yǎng)分，從而實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)循環(huán)。
在送魚(yú)上太空之前，我國(guó)還曾送線蟲(chóng)、藻類、水泡螺等生物上太空。王高鴻記得，上次送生物上太空是2011年的神舟八號(hào)，距2024年神舟十八號(hào)的發(fā)射已有10多年了。他介紹，從2021年將斑馬魚(yú)有關(guān)項(xiàng)目立項(xiàng)到現(xiàn)在，研究的進(jìn)展很快，科學(xué)家對(duì)斑馬魚(yú)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)溶解氧的變化規(guī)律已了如指掌，當(dāng)氧氣不足時(shí)，科學(xué)家只要合理控制燈光，就能在合適的范圍內(nèi)維持系統(tǒng)平衡。
除了斑馬魚(yú)，在眾多水生生物中，金魚(yú)藻的選擇也是眾望所歸。王高鴻回憶，之前研究員曾嘗試藍(lán)藻、小球藻、衣藻等多種藻類植物，但都沒(méi)有金魚(yú)藻穩(wěn)定。
“微藻長(zhǎng)得特別快，很容易將營(yíng)養(yǎng)耗盡，從而破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡，在多次實(shí)驗(yàn)比較下我們選擇了生長(zhǎng)穩(wěn)定、容易控制的金魚(yú)藻。”王高鴻說(shuō)。而實(shí)驗(yàn)中的金魚(yú)藻也不負(fù)所托，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，金魚(yú)藻所在的系統(tǒng)能夠做到1小時(shí)內(nèi)將溶氧值從每升5毫克升高到每升7毫克，表現(xiàn)出很強(qiáng)的光合作用活性。
要養(yǎng)魚(yú)，先“種草”
2023年2月，古沛凡過(guò)完春節(jié)返回中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所。當(dāng)她路過(guò)藻房，不經(jīng)意的一眼，便被培養(yǎng)箱中的金魚(yú)藻吸引了，從此便開(kāi)始了與金魚(yú)藻的故事。
“我只知道這是我們實(shí)驗(yàn)室非常重要的藻，它在培養(yǎng)箱里的樣子特別漂亮。”古沛凡承認(rèn)自己對(duì)一顆藻“心動(dòng)”了。但那時(shí)的她沒(méi)想到，日后自己不光培養(yǎng)了金魚(yú)藻，還能讓它“上天”。
同年5月，古沛凡在王高鴻的指導(dǎo)下加入了斑馬魚(yú)的項(xiàng)目，她開(kāi)始跟著師姐張憲園學(xué)習(xí)如何養(yǎng)藻。剛開(kāi)始她會(huì)試著拿一些莖葉較粗、葉子短小的金魚(yú)藻做實(shí)驗(yàn)，她發(fā)現(xiàn)這種金魚(yú)藻的產(chǎn)氧效果并不好，可能得七八個(gè)小時(shí)才能達(dá)到斑馬魚(yú)需要的溶氧值。
“培養(yǎng)基是影響金魚(yú)藻生長(zhǎng)形態(tài)的主要原因。”古沛凡換了莖葉較細(xì)的金魚(yú)藻后發(fā)現(xiàn)，溶氧值半小時(shí)便達(dá)標(biāo)了。于是她開(kāi)始更換原來(lái)的培養(yǎng)基，以便培養(yǎng)莖葉較細(xì)的金魚(yú)藻。
下一步便是進(jìn)行匹配實(shí)驗(yàn)，這是一項(xiàng)“操心活兒”。匹配實(shí)驗(yàn)是指要想實(shí)現(xiàn)最終成功發(fā)射，需要在前期做大量地面實(shí)驗(yàn)，“我們把地面實(shí)驗(yàn)叫作地面匹配實(shí)驗(yàn)，要做到除了失重條件和太空不同，其余的條件和太空上保持一致”。
“實(shí)驗(yàn)最難的不在步驟，在于操心。”古沛凡回憶，在2023年11月金魚(yú)藻的放氧值等因素穩(wěn)定之前，她度過(guò)了一段很“不安生”的日子。
為了找出影響金魚(yú)藻放氧的所有因素，古沛凡必須長(zhǎng)時(shí)間盯著培養(yǎng)基，不停觀測(cè)數(shù)據(jù)和金魚(yú)藻的狀況，如果金魚(yú)藻放氧值不穩(wěn)定，她就會(huì)將整個(gè)系統(tǒng)關(guān)閉，將培養(yǎng)基里的東西全部倒掉，重新滅菌后“重啟”培養(yǎng)基，之前繁瑣的步驟都需要重新來(lái)一遍。
這占用了她不少業(yè)余時(shí)間。平時(shí)周末以及過(guò)年回家，她都會(huì)通過(guò)培養(yǎng)基上的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
讓古沛凡印象最深刻的是，她的舍友在完成一次重要考試后，古沛凡為她買來(lái)蛋糕慶祝時(shí)，通過(guò)手機(jī)看到培養(yǎng)基監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)出了問(wèn)題。
“我的心情頓時(shí)很緊張。”古沛凡說(shuō)，那次培養(yǎng)基已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行了20天，如果出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況便又要推倒重來(lái)，20天的指標(biāo)也會(huì)無(wú)效。
在陪舍友吹完蠟燭后，古沛凡趕到實(shí)驗(yàn)室，直到凌晨才返回宿舍。
魚(yú)要“上天”，情緒需穩(wěn)定
金魚(yú)藻的莖葉分粗細(xì)，而斑馬魚(yú)也分為“i魚(yú)”和“e魚(yú)”，張憲園在挑選時(shí)的任務(wù)便是排除那些“特別i”和“特別e”的魚(yú)，留下“情緒穩(wěn)定”、各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)合格的斑馬魚(yú)。
張憲園在前期也會(huì)考慮水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡問(wèn)題——保證藻的產(chǎn)氧量和魚(yú)的耗氧量，比如藻在兩個(gè)小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生了每升兩毫克的氧氣，剛好能夠被魚(yú)在兩小時(shí)內(nèi)吸收，這樣才能讓整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)平衡。
“要上太空的魚(yú)，挑選過(guò)程非常嚴(yán)格。”張憲園說(shuō)。
2024年4月1日，張憲園帶著200條提前4個(gè)月孵化的小斑馬魚(yú)，來(lái)到酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，開(kāi)始篩選最能適應(yīng)環(huán)境、狀態(tài)最穩(wěn)定的斑馬魚(yú)。
篩選一條能“上天”的“魚(yú)航員”要幾步？張憲園表示，首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，選出雌魚(yú)、雄魚(yú)各40條，體型要保持在3-5厘米之間。同時(shí)還要看排便率、吃食率，觀察這些斑馬魚(yú)10分鐘內(nèi)吃食的速度，吃得快證明食量好、更健康。
第二次篩選主要觀察的是運(yùn)動(dòng)情況，通過(guò)對(duì)魚(yú)進(jìn)行“敲打刺激”來(lái)測(cè)試它們的靈敏度。在一秒之內(nèi)反應(yīng)過(guò)來(lái)、游向一邊的斑馬魚(yú)會(huì)被選出。靈敏度高，代表它們更健康。
篩選還包括觀察魚(yú)的情緒。張憲園發(fā)現(xiàn)，在挑選兩條雄魚(yú)、兩條雌魚(yú)組成培養(yǎng)系統(tǒng)時(shí)，魚(yú)的性格便更明顯地體現(xiàn)出來(lái)。比如，一組培養(yǎng)系統(tǒng)中的雄魚(yú)攻擊性強(qiáng)，在剛適應(yīng)培養(yǎng)系統(tǒng)后，便搶占了它認(rèn)為的最佳位置，伺機(jī)撕咬其他3條魚(yú)。
“運(yùn)動(dòng)量太大、太活潑，或者太焦慮、太孤僻的魚(yú)，都會(huì)被排除。”張憲園表示，有些魚(yú)運(yùn)動(dòng)量大、耗氧量高，便會(huì)消耗金魚(yú)藻制造的氧氣，容易引起窒息；反之，有些魚(yú)運(yùn)動(dòng)量太小，和其他魚(yú)放在一起后，會(huì)一直躲在角落，這些魚(yú)往往會(huì)出現(xiàn)一些精神問(wèn)題，不運(yùn)動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致抵抗力、免疫力下降，同時(shí)膽小的雄性斑馬魚(yú)，相比于活潑好動(dòng)的魚(yú)來(lái)說(shuō)，更不易受精。
“其實(shí)斑馬魚(yú)和人挺相似，有些孤僻、心情低悶的人，不太容易和別的人交流。”張憲園說(shuō)。
經(jīng)過(guò)層層選拔，張憲園選出3組培養(yǎng)系統(tǒng)，每組包含4條魚(yú)，她陷入了糾結(jié)。直到神舟十八號(hào)發(fā)射當(dāng)天早上，上太空的培養(yǎng)系統(tǒng)才被確定下來(lái)。
“上天”后的“魚(yú)航員”經(jīng)歷了什么？張憲園說(shuō)，斑馬魚(yú)對(duì)外界的環(huán)境感知力強(qiáng)，能夠感知到微重力環(huán)境，同時(shí)由于發(fā)射前一天整晚沒(méi)有開(kāi)燈，到太空之后一開(kāi)燈，光的刺激和環(huán)境的刺激讓魚(yú)“激動(dòng)”了，“當(dāng)時(shí)能看到4條魚(yú)都在培養(yǎng)系統(tǒng)里亂竄，同時(shí)由于重力流失，魚(yú)的肚皮朝上，后期穩(wěn)定下來(lái)，便能和平共存了”。
在太空“旅行”的中后期，張憲園發(fā)現(xiàn)斑馬魚(yú)出現(xiàn)“肌無(wú)力”的狀態(tài)，它們的擺尾顯得“軟塌塌”，雌魚(yú)的癥狀較明顯一些。
從“火柴盒”到“兩瓶水”
王高鴻在接到任務(wù)時(shí)，被告知帶上太空的斑馬魚(yú)實(shí)驗(yàn)用品重量不能超過(guò)10公斤，這可給他出了個(gè)難題。
上太空的魚(yú)缸與普通魚(yú)缸不同，它包括配件、魚(yú)食、備用氧氣、取水樣的空間、魚(yú)卵收集器等多種物品。
“這不是相當(dāng)于在螺螄殼里做道場(chǎng)嗎？”王高鴻說(shuō)，如今的科技條件已經(jīng)比之前進(jìn)步太多，他感慨，之前在神舟二號(hào)上做實(shí)驗(yàn)，魚(yú)缸容積只有120毫升左右，相當(dāng)于一個(gè)火柴盒的大小，現(xiàn)在的容積是1.2升，與之前相比擴(kuò)大了10倍。
斑馬魚(yú)上太空后，由于環(huán)境刺激，第三天便產(chǎn)下了魚(yú)卵，但回收后王高鴻發(fā)現(xiàn)這些魚(yú)卵并沒(méi)有受精。“這意味著它不會(huì)分裂，不能稱之為胚胎，只是卵子。”王高鴻說(shuō)，雖然結(jié)果并不如意，但此次“魚(yú)航員”上天能夠存活40多天，讓完整的生態(tài)系統(tǒng)得到驗(yàn)證，已經(jīng)是較大的突破和收獲。
2024年4月25日，伴隨著神舟十八號(hào)成功發(fā)射，斑馬魚(yú)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的心也懸了起來(lái)。
如果出現(xiàn)問(wèn)題怎么辦？在斑馬魚(yú)上太空的43天里，負(fù)責(zé)魚(yú)缸制作的中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所的技術(shù)人員與王高鴻等人一起關(guān)注，輪流值班觀察培養(yǎng)系統(tǒng)的狀態(tài)，以確保系統(tǒng)在太空中穩(wěn)定運(yùn)行。
他們是24小時(shí)“兩班倒”，古沛凡白天、晚上的班都值過(guò)，她在值班時(shí)的設(shè)備對(duì)面，是一扇方形的小窗戶，值夜班時(shí)她經(jīng)常在那里看到月亮與日出。
“我在看神舟十八號(hào)發(fā)射的時(shí)候許了一個(gè)愿望，就是斑馬魚(yú)培養(yǎng)系統(tǒng)一定要穩(wěn)定運(yùn)行。”古沛凡說(shuō)。當(dāng)時(shí)她的心情激動(dòng)、緊張，當(dāng)項(xiàng)目如期運(yùn)行、完成后，古沛凡松了一口氣。她看神舟十九號(hào)發(fā)射時(shí)，又許下“身體健康、平平安安”等愿望。
“其實(shí)我一直覺(jué)得自己是個(gè)很平凡、很普通的人，沒(méi)想到能夠參與這么重大的項(xiàng)目，貢獻(xiàn)自己的力量，我很自豪、很開(kāi)心。”古沛凡說(shuō)。她希望，未來(lái)可以繼續(xù)從事這方面的工作。
（刊于中國(guó)青年報(bào)2025年1月27日第5版）