研究无重力是否影响早期胚胎发育

将回答人类能不能在太空生存繁衍

5月11日上午，天舟十号货运飞船在文昌航天发射场成功发射。值得一提的是，除了为空间站“快递”各类补给物资外，飞船还搭载了斑马鱼胚胎、小鼠胚胎细胞和利用干细胞构建的人工胚胎，这些胚胎构建起覆盖从低等脊椎动物到高等哺乳动物的太空胚胎研究体系。这是世界首次开展“人工胚胎”空间发育研究任务。

释疑

为什么要把“人工胚胎”送进太空

“人工胚胎”太空实验是本次任务重点开展的5项空间生命科学实验之一，这是世界首次开展“人工胚胎”空间发育研究任务，将建立起“人工胚胎”空间发育研究的技术体系。“人工胚胎”是什么？为什么要把“人工胚胎”送进太空？

什么是“人工胚胎”？

天舟十号“人工胚胎”空间科学实验项目负责人于乐谦介绍，因为真正的人类胚胎非常宝贵，很难大规模用于研究，所以要用到人工胚胎。人工胚胎，简单来说，就是用干细胞构建的、跟真正胚胎非常相似的一种结构，不是真正的胚胎，不具有发育成为个体的能力，但它可以帮助我们去研究一些人类早期胚胎发育生物学的问题。

人类早期胚胎非常非常小，可能肉眼都看不见，只有几百微米。科学家需要在一个培养盒里面建立很多的小室，每一个小室里面住一个人工胚胎，让它们之间不会相互影响，也不会受到干扰。

为什么要把“人工胚胎”送入太空？

这个实验为什么非得“上太空”？于乐谦回答：为了研究重力是否影响早期胚胎发育。

于乐谦介绍，人工胚胎所涵盖的时期大概相当于人类受精之后第14天到21天，这个阶段在早期发育过程中是非常重要的一个窗口，在短短的几天里，所有器官的前体形成了；人类体轴，即哪边是头、哪边是尾，也是在这个时间确定的。因此，如果在这个阶段发生任何的干扰或异常，都会对成体造成极大的影响。

随着技术的发展，人类未来很可能在空间定居或者长期驻留，这就有一个问题：人类的胚胎，或者是在地球上的生命，在亿万年的繁衍过程中已经适应了重力的环境。没有重力，对于早期胚胎发育会不会有影响？人类该怎么避免重力的影响？

太空，恰恰提供了地球上无法复制的“实验环境”：真实的空间辐射以及微重力环境。

进入太空后如何执行实验？

“在空间站，‘人工胚胎’将在航天员的守护下，完成5天的发育过程。每天，预先设计好的自动化系统都会为它们更换新鲜的培养液。”于乐谦介绍，空间站能提供真实的空间背景辐射和长时间的微重力环境。待实验周期完成后，样本将在轨冻存并择机下行，后续回到地面实验室进行分析。

“人工胚胎”进入太空有何意义？

这项研究的意义，远不止于一次实验。它一方面能帮助我们看清：未来人类在太空长期驻留，甚至繁衍，会面临怎样的风险与挑战；另一方面，通过天地对比，也能反推回地球——早期胚胎发育中的异常，究竟与哪些疾病的发生有关。

更重要的是，它为人类“太空繁衍”的第一步，铺下了第一块基石。这次做的其实只是回答一个最简单的问题：到底有没有影响？当确定影响是什么，就可以尝试干预。“比如说用一些技术，去消减这个影响。这是我们第一次尝试去回答：人类能不能在太空生存和繁衍，我希望答案是肯定的。”于乐谦说。

太空，正在教会我们重新理解生命。在地球上，我们习以为常的重力，可能是生命演化中最沉默、却最关键的“导演”。如今，天舟十号上的这几枚微小结构，正试图回答一个比宇宙更古老的追问：生命，究竟需不需要“脚踏实地”？

前沿

小鼠胚胎细胞

将在轨培养52至96小时

跟随天舟十号进入太空的小鼠胚胎细胞，来自中国科学院深圳先进技术研究院研究团队，团队聚焦哺乳动物空间早期胚胎发育，将1-细胞、2-细胞、4-细胞阶段小鼠胚胎接种于自主研制的胚胎微流控芯片培养盒中，通过天舟十号货运飞船送至中国空间站，在轨培养52至96小时，系统开展在轨观测和返回样品的多层次分析，以期揭示空间环境对哺乳动物早期胚胎的影响及损伤机制。

中国科学院深圳先进技术研究院研究员雷晓华表示，合子基因组激活（ZGA）时期的发育情况是该研究重点关注的阶段。“小鼠的胚胎与人的胚胎在发育上非常类似，尤其是在着床前阶段。因此，利用小鼠胚胎可以很好地说明人类的相关问题。胚胎是否能在轨发育，对于人类长期驻留太空甚至未来的星际移民具有关键意义。”

中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员李秦介绍，团队首次把刚受精的小鼠受精卵胚胎送到太空环境中，这一阶段会发生一些非常复杂的基因组重编程的过程。只有在最早期的时候重新送上太空，它经历了太空环境应激以后，才能知道真正这个基因组到底发生了什么样的变化。

人类细胞和脑类器官

实验样品上太空

在空间生命科学与生物技术领域，面向太空生命繁衍保障，系统性的“太空胚胎”研究稳步推进。其中由中南大学教授黄瑞雪团队承担的“空间辐射敏感组织损伤和早期致癌事件的靶点研究”将自主构建的工程化人源骨髓间充质干细胞与脑皮质类器官两类生物模型也搭载天舟十号进入太空。“类器官犹如微缩版人体组织，能够在体外高保真还原人体造血与脑组织的关键结构与功能。”黄瑞雪介绍。

借助天地对照实验，该研究有望捕捉辐射诱发组织损伤的关键节点与致癌事件的起跑信号，为航天员在轨健康构筑科学防线。相关成果也有望为肿瘤放射治疗的精准化、阿尔茨海默病等重大疾病的早期干预挖掘出关键分子靶点。

揭秘

“鱼航员”再刷太空之旅

为何偏爱斑马鱼？

斑马鱼胚胎是研究心血管和骨骼发育的理想模型

此次搭载天舟十号货运飞船的还有华南理工大学医学院王强教授团队制备的约40枚斑马鱼胚胎。这不是斑马鱼第一次飞天，去年王强教授团队的6条成年斑马鱼，就已经跟着神舟二十号在太空完成失重性骨丢失与心肌重塑的蛋白稳态调控机制研究，是国际上首次利用基因敲除斑马鱼开展的在轨实验。

为何偏爱斑马鱼？这次研究有什么不同？

斑马鱼体长仅4-5厘米，是一种小型热带淡水鱼，因其基因组和人类基因组有高达80%以上的相似度，成为微重力环境下开展生命科学、健康科学、环境科学研究的理想模式生物。斑马鱼虽小，却是太空生命科学中的“明星”，它的胚胎透明、发育周期短，是研究心血管和骨骼发育的理想模型。利用斑马鱼开展空间实验，对深入解析机体重力响应和习服机制具有重要科学意义和航天医学价值。据介绍，这批斑马鱼胚胎大约处于受精后30-40小时的发育时期。

在太空养“鱼宝宝”有多难？

这次的在轨实验，斑马鱼胚胎将在空间站停留约4天，重点观察从器官形成晚期到自由游动幼鱼的全过程，这个阶段是心血管、骨骼系统发育的关键阶段。人类未来要在太空长期生存甚至繁衍生命，能不能在失重环境下正常发育分化？斑马鱼胚胎就是一块重要的探路石。

这批斑马鱼胚胎有一个“亮点”，它们的心脏、血管和软骨组织会发出特异性的绿色荧光，在显微镜下这些结构就像开了高亮模式，研究人员可以实时、无损伤地追踪它们的一举一动，相当于给发育中的关键器官装上追踪器。王强教授介绍：“我们构建了在血管、心脏还有软骨细胞带有特异荧光标记的胚胎，这样一来，我们能在空间站实时动态观察这些重点检测器官的形成情况”。

在地面养鱼不难，但太空微重力环境下可不容易。空间站内连水都是飘的，而且，与细胞培养不同的是，斑马鱼胚胎发育需要充足的氧气，光靠简单的更换培养液难以满足。

为此，王强教授团队专门设计了一套微型化培养体系。在培养装置集成了充气泵、充气管路，能够定时定量自动注入氧气，保证鱼宝宝们正常发育，整个实验过程中系统自动完成换液、注气，等到胚胎发育成幼鱼，还会自动注入固定液并转移至低温储存箱，最终随飞船返回地球后进行后续的单细胞组学研究。

航天员科研训练中心李英贤说，斑马鱼是研究骨代谢和心肌重塑特别好的模式生物。这次实验将为失重性骨丢失相关研究提供细胞水平的证据，并为失重性骨丢失对抗防护新靶点开发提供理论依据。

去年的“鱼航员”带回了哪些信息？

去年，6条成年“鱼航员”在空间站待了30多天顺利返回地球，王强教授团队在后续研究中已有了一系列令人兴奋的全新发现。

经过一个月的空间站生活，斑马鱼成鱼的骨密度明显丢失，心脏明显缩小，各种器官的代谢大有变化，另外由于重力的缺失，斑马鱼内耳的前庭系统可能丧失了方位感。地球上的鱼游动时是平行的，在空间站微重力状态下，鱼游动时身体是倾斜的，并且时常打转失去了上下左右的方位感。更令人惊讶的是，返回地面的这几条斑马鱼，用来控制水中游动深度的器官——鱼鳔竟然完全消失了。

关于更深层次的机体机制研究，团队仍在进一步探索中。对于肩负重任的斑马鱼胚胎，王强教授说：“人类总有一天要走出地球，进行深空探索。在长期的航天飞行过程中，机体会受到失重、辐射、密闭隔离等各种复杂环境的影响，生命将如何适应、繁衍，是我们必须回答的问题，而这项研究就是为这些问题找答案。” 综合央视、人民网、科技日报等