火星任务会让人类生病吗？宇宙环境可能会让某些细菌变得特别难缠

美国航太总署美国宇航局的宇宙人凯特.鲁宾斯Kate Rubins正在国际宇宙站上进行物种分子定序Biomolecule Sequencer实验。将来的宇宙DNA定序仪能鉴定微物种、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, 美国宇航局

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物种存在，但根据科学家对地球细菌的研究，宇宙环境可能会让某些细菌变得特别难缠。

不会有人想在宇宙中被传染疾病，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，机组员无法医治每种可能出现的并发症，而受感染的宇宙人更可能会危及整个任务。

对于未来人类前往火星的宇宙任务来说，尤其是如此！如果宇宙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！虽然说我们在让宇宙人进入宇宙之前，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，那应该怎么处理呢？

没有人知道现在的火星上是否有微物种存在。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，那么这些物种很可能是藏在地下的单细胞物种。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、养分和能量能让物种蓬勃生长。

问题是登上火星的宇宙人，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物种的研究显示，某些细菌在宇宙中的表现特别奥秘。了解宿主与病原体之间的反应在宇宙飞行时如何变化，对于长期宇宙旅行来说非常主要。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，最好弄清楚微物种对宇宙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任务被罹病的宇宙人影响。 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，焦躁不安的宇宙人甚至在宇宙中发动了一场「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，他痛苦却无法获得医治，并发展为长期的肾脏感染。

现在，为了减少宇宙人在地球外罹患疾病的风险，宇宙机构会先对宇宙人进行隔离措施。根据目前美国航太总署的规定，在发射前七天，宇宙人会进入隔离空间，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宇宙发射场Baikonur Cosmodrome的宇宙人萨曼塔.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──不过我们应该要幸免身体接触，而且他们也会戴上口罩。」

在隔离期间，医生会定期评估宇宙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日常的传染病，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宇宙船的宇宙人，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处于良好的状态维持计画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，增加了对宇宙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宇宙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主要。」

感受压迫

保护宇宙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宇宙船上，跟着一起上宇宙的微物种，应该怎么处理呢？

数十年来，科学家一直在研究人类和微物种如何对付微重力环境，这可能也对我们将来要前往低重力环境的火星来说相当主要。虽然科学家尚未完全了解这些反应的确切机制，但研究后果显示，宇宙飞行会改变传染性微物种与免疫系统之间的对抗机制，原来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物种在压力下的反应。在某些情况下，甚至能够增强致病能力和抵抗药物的能力。在宇宙和地球上模拟微重力环境所进行的数十项研究显示，宇宙飞行会影响某些细菌对环境的反应。

「我们实在非常惊讶，微物种的致病性竟然会因为宇宙飞行发生变化，」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宇宙梭进入轨道。当尼克森和她的团队在地球上培养沙门氏菌时，宇宙人也同时在宇宙中进行培养。当宇宙梭返回地球时，尼克森让小鼠感染了地球上和宇宙中的沙门氏菌。

后果如何呢？宇宙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，98迷吧，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，向细胞发出能开始感染的讯号。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，但在宇宙中，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物种体的毒性或致病性。」

全都堵塞

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

这些实验有些是在宇宙中进行，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物种，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，有些微物种的毒性变得更强，有些微物种则相反，或是没有任何改变。

「在过去50年间的许多实验显示，在宇宙飞行期间进行微物种培养，会产生独特的微物种反应，包括生长动力学、抗生素抗药性，以及物种膜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，物种膜的变化可能对人类处于良好的状态和环境系统造成重大问题。这些微物种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，会非常难以医治，如果是在宇宙站上，更会堵塞和破坏主要的宇宙站基础设施。

「在自然界中，绝大多数的细菌都生长在附着于表面的微物种群体中，」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宇宙站上，就发现了大量的物种膜，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──造成宇宙人弗雷德.海斯Fred Haise飞行时疾病的祸首──送入亚特兰提斯号宇宙梭。他们发现与地球环境相比，在宇宙中的绿脓杆菌轻易地就能形成更厚、更大的物种膜，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，在宇宙中不但有细菌生长，这些微物种生长和行为的变化让我们更难杀死它们。 1982年在苏联宇宙站礼炮七号Salyut 7上进行的实验后果显示，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，宇宙人泰瑞.维茨Terry Virts和杰夫.威廉斯Jeff Williams在国际宇宙站International Space Station内的八个地点──包括餐桌、宇宙人个人空间、厕所等──进行采样，并将样本送回地球进行培养。

「国际宇宙站不是个无菌的环境，」马尔卡希说，「宇宙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物种，并进行基因定序，发现有九种致病物种和其他许多微物种，表现出多种抗生素的抗药性──包括盘尼西林青霉素在内。基因定序的后果还显示，这些微物种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，也还无法证明宇宙飞行就是增加抗药性的罪魁祸首。

即便火星既贫瘠又没有物种生存，保持未来人类居住环境的清洁仍然相当主要。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，我们甚至不知道为什么绝大多数的病原体会在地球上造成疾病，」尼克森表示，「但这非常主要，微物种统治着我们的地球，我们只是在微物种的地球里生存罢了。」