航天器进出太空为何要严控微生物

航天 · 2016-10-31 15:24:48

核心提示　　　　自1957年苏联成功发射世界上第一颗人造卫星开始，人类对地外空间的探索已经持续了半个多世纪，其间各式各样的飞行器携带着地球生命无数次地进出过地球大气层。也就是说人类在打开宇宙探索窗口的同时，也开启了天体生物间的交流平台。越来越多的太空活动，不禁让天体生物学家开始担心起来。我们应该如何规避空间探索时产生的有害微生物传播、变异风险？这种交流存在着哪些利弊？　　　　国外媒体报道，近日美国宇航局科学家提出要保护地外天体 “干净”的微生物环境，空间探测器不仅要一般性地杀菌消毒，甚至连其携带的孢子的数量也要进行严格控制。目前行星生命探索计划的注意力正转向太阳系内数颗可能有利于生命存在的星球，保护地外天体环境也同样是在保护我们地球的空间环境。　　　　国际空间站险遭微生物侵袭　　　　辽宁日报：近几年，人类的太空探索不断取得进步，但与此同时科学家也开始注意到空间活动背后存在着的一些隐患。特别是对天体生物环境保护问题备受瞩目。刘研究员，为什么科学家对此持如此谨慎的态度？　　　　刘志恒：在各国科学家的不断努力下，人类将飞向太空的梦想逐渐变成了现实。随着空间探索的开始，人类第一次能够借助于航天器发射各种仪器到月球、火星或其他行星。然而，在进行星际探索时，飞行器或着陆装置难免会与各种微生物进行接触，这就引出了一个十分严肃的问题，我们会不会因此搅乱地球与其他行星的生物环境。　　　　可以做一个假设，如果地球微生物闯入其他星球，找到适合于它生长的条件，就可能会增殖，从而破坏目标行星的原始状态。另一方面，我们也必须保护地球及其生物圈与地上人群，不被可能存在的地外危险物质或生命所“污染”（这些污染物可能在探索任务返回时带入地球）。因此，科学家们对天体生物环境的保护工作十分重视。　　　　辽宁日报：历史上是否有过人类将空间微生物带入地球环境的事件？　　　　刘志恒：至今，只出现过航天器材料受到微生物腐蚀引发技术故障的报道，以及飞行器滋生的变异致病微生物影响航天员健康的报道，但尚未见到 “空间微生物带入地球环境”的事件发生。　　　　辽宁日报：据说前一阵国际空间站差点因空间微生物而造成机械故障？　　　　刘志恒：是的。不久前，国际空间站人员对站内微生物环境进行了检测，发现无孔不入的微生物在人类眼皮底下借助货运飞船进入了空间站，同时迅速适应空间站内的环境并四处蔓延。目前国际空间站内共发现有76种微生物，其中包括致病细菌和真菌，以及能够对金属造成生物性腐蚀的微生物。这些微生物会损害仪表盘、线路上的绝缘材料及其他类型的聚合材料。微生物的大量繁殖和材料的大量降解耗损将会导致空间站内的设备运行失灵。　　　　而且，微生物也严重威胁着国际空间站内宇航员的健康。微生物会释放出毒素，且它们大量繁殖可能导致宇航员患传染病的几率增加。　　　　不过好在科学家基于以前的研究，使用一种特殊液体对空间站内部进行了杀菌清理，化解了这次危机。鉴于微生物未来还会对空间站造成袭扰，俄罗斯科学家准备在站内安装一种名为“阿尔法”的特殊装置。它能够发射出波长200纳米至400纳米的紫外线。这些紫外线非常厉害，目前还没有发现哪种微生物能够在它的照射下继续存活。　　　　只有严格灭菌星际探索才有保障　　　　辽宁日报：在制造航天器材时，一些微生物也不免混入其中，科学家是否也考虑到了这方面的问题？　　　　刘志恒：航天器和航天仪器设备的制造可使用一类新型功能抗菌材料，来预防控制微生物的“污染”。此类材料是在原料中添加抗菌剂，使航天器材制品具有内在的抗菌性，在一定时间内可以将附着在材料上的微生物杀死或抑制其生长繁殖。　　　　辽宁日报：您能为我们举例说明一下吗？　　　　刘志恒：好的。比如，可以在航天材料中添加无机抗菌剂材料，其中银离子类抗菌剂是最常用的抗菌剂，有时为了提高协同作用，还要再添加一些铜离子、锌离子。　　　　此外，还可以添加有机抗菌剂的材料，主要品种有香草醛或乙基香草醛类化合物，还有酰基苯胺类、咪唑类、噻唑类、异噻唑酮衍生物、季铵盐类、双呱类、酚类等。目前有机抗菌剂的安全性尚在研究中。一般来说有机抗菌剂耐热性差些，容易水解，有效期短。　　　　还有，用高科技纳米技术处理无机抗菌剂后制造的纳米抗菌材料，因具有更为广泛、卓越的抗菌杀菌功能，并且通过缓释作用，能够提高抗菌长效性，所以也是制造航天器材时常会用到的。　　　　辽宁日报：对航天器可以做到严格灭菌，那么作为生命体的宇航员身上也会携带微生物，对于它们要如何处理？　　　　刘志恒：生物学家估计人体至少携带有10亿个微生物，约占体重的2%。它们中的大多数都能够与人体和谐相处，但有些也会致病。即使航天飞机、载人飞船、航天服、装船产品等经过再严格的真空消毒，微生物还是会随着航天员的皮肤、人体分泌物、物资等途径混进乘员舱。因此，对于人体携带的微生物是无法清除的，也是不能清除的。我们只能通过开展载人航天生物保护系统中的微生物安全监控策略预防微生物的危害。　　　　辽宁日报：在进行星际探索时，肯定会有一些微生物被“粘”回地球，我们会对它们做怎样的防范？　　　　刘志恒：首先，为了厉行国际行星保护公约，我们应不断发展及应用空间飞行器的生物载荷测量和减少生物载荷的技术，防患于未然。　　　　其次，我们还会对难以避免的“污染”进行补救。在众多太空任务中，有一类任务是“受限制地球返回”任务。说得通俗一点就是执行这种任务的航天器，有可能受到过外星微生物“污染”，因而在返回地球前受到一定的限制。这种情况下所有返回的硬件在整个返回阶段都应采取防泄漏措施。如果采集了来自于目标天体的未消毒材料（比如石块样本），那么还要对这些材料采取防泄漏措施。返回后，应在严格控制下及时地采用最灵敏的技术分析收集到的未消毒样品。如果发现任何可能的非地球复制物实体的信息，在没有采用有效的消毒程序之前，我们都要严格保管防止泄漏。　　　　空间微生物利用好了也能造福人类　　　　辽宁日报：地球环境中的微生物，与地外环境滋生的微生物，哪个更危险？　　　　刘志恒：载人航天活动中空间条件下微生物的危险程度比地面条件下更大。在空间环境中的宇宙射线、微重力、噪声等因素的协同作用下，航天员免疫功能下降，微生物的变异速度加快，致病力增强，航天员的健康状况将面临更大的挑战。此外，载人航天器环境条件也易滋生细菌和真菌等微生物的生长繁殖，腐蚀电子元器件，影响航天精密仪器的正常使用。　　　　辽宁日报：是否空间微生物都是有害的？　　　　刘志恒：并不是所有空间微生物都对人类及地球生物有害，我们知道空间生物学的重要研究内容之一就是利用各种航天飞行器（高空气球、轨道卫星、空间站、航天飞机等）探索生物对空间环境因子作用的反应，即空间生物学效应。　　　　辽宁日报：我们是否可以因势利导让它们为我们服务？　　　　刘志恒：当然可以。空间环境诸多的物理条件，如显著的失重，热交换影响，粒子穿透，宇宙射线，磁变影响，细胞悬浮，营养物的浓度梯度、毛细特性、流体行为等均可能引起生物体的遗传和生物学特性的变异反应。因此，我国在过去40多年里，利用各种飞行器，成功地搭载了动植物和微生物样品，去探讨了解空间环境因子的生物学效应，并发展新的生物技术服务于地球人类生活。 1987年中国科学院和有关单位首次利用我国发射的返回式科学卫星，安装搭载了 68件试验容器和装置，开展了对 32种植物种子、6种植物愈伤组织、2种昆虫、1种病毒和 7种微生物的生物学效应探讨。在随后的 20年间，我国科学家利用我国成功发射的19颗返回式科学卫星进行了涉及航天医学、细胞生物学、植物学、动物学、微生物学、水生生物学、放射生物等生命科学的广泛研究，已经取得了一些显著成果。　　　　比如2005年，一株产生抗肿瘤的菌株12-S-11，利用我国发射的第21颗返回式科学卫星进行搭载实验，经 15天空间飞行，产量提高85.55%。所以凡事都有两面性，空间生物的保护和利用也是如此，未来我们会让空间微生物更好地为人类造福。（王亮）　　　　专家档案　　　　刘志恒，中国科学院微生物研究所研究员、博士生导师。国家空间科学专家委员会委员，中国空间科学学会生命起源与进化专业委员会主任，“伯杰氏”国际微生物学会终身成就奖获得者。先后承担过国家自然科学基金，国家863计划，国家载人航天工程，中国科学院创新工程等项目中的多项研究课题。主要研究方向为原核微生物系统学、资源学和宇宙微生物学。

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