【菜科解读】

美国航太总署（NASA）的太空人凯特.鲁宾斯（Kate Rubins）正在国际太空站上进行生物分子定序（Biomolecule Sequencer）实验。

将来的太空DNA定序仪可以鉴定微生物、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, NASA

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生物存在，但根据科学家对地球细菌的研究，太空环境可能会让某些细菌变得特别难缠。

不会有人想在太空中被传染疾病，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，机组员无法治疗每种可能出现的并发症，而受感染的太空人更可能会危及整个任务。

对于未来人类前往火星的太空任务来说，尤其是如此！如果太空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！虽然说我们在让太空人进入太空之前，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，那该怎么办呢？

没有人知道现在的火星上是否有微生物存在。

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，那么这些生物很可能是藏在地下的单细胞生物。

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、养分和能量能让生物蓬勃生长。

问题是登上火星的太空人，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生物的研究显示，某些细菌在太空中的表现特别奇怪。

了解宿主与病原体之间的反应在太空飞行时如何变化，对于长期太空旅行来说非常重要。

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，最好弄清楚微生物对太空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）任务被罹病的太空人影响。

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，焦躁不安的太空人甚至在太空中发动了一场「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，他痛苦却无法获得治疗，并进展为长期的肾脏感染。

现在，为了减少太空人在地球外罹患疾病的风险，太空机构会先对太空人进行隔离措施。

根据目前美国航太总署的规定，在发射前七天，太空人会进入隔离空间，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太空发射场（Baikonur Cosmodrome）的太空人萨曼塔.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──不过我们应该要避免身体接触，而且他们也会戴上口罩。

」

在隔离期间，医生会定期评估太空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平常的传染病，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）太空船的太空人，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健康维持计画（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，增加了对太空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太空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重要。

」

感受压迫

保护太空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太空船上，跟着一起上太空的微生物，该怎么办呢？

数十年来，科学家一直在研究人类和微生物如何应付微重力环境，这可能也对我们将来要前往低重力环境的火星来说相当重要。

虽然科学家尚未完全了解这些反应的确切机制，但研究结果显示，太空飞行会改变传染性微生物与免疫系统之间的对抗机制，原本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生物在压力下的反应。

在某些情况下，甚至能够增强致病能力和抵抗药物的能力。

在太空和地球上模拟微重力环境所进行的数十项研究显示，太空飞行会影响某些细菌对环境的反应。

「我们实在非常惊讶，微生物的致病性竟然会因为太空飞行发生变化，」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）太空梭进入轨道。

当尼克森和她的团队在地球上培养沙门氏菌时，太空人也同时在太空中进行培养。

当太空梭返回地球时，尼克森让小鼠感染了地球上和太空中的沙门氏菌。

结果如何呢？太空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，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，向细胞发出可以开始感染的讯号。

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，但在太空中，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生物体的毒性或致病性。

」

全都堵塞

但到目前为止，研究者只有在沙门氏菌中，发现这种太空飞行诱发微生物对活体动物毒性增加的现象。

但是还有许多其他研究显示，太空飞行改变了微生物的生长、大小、新陈代谢、抗生素的抗药性等特性。

这些实验有些是在太空中进行，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生物，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，有些微生物的毒性变得更强，有些微生物则相反，或是没有任何改变。

「在过去50年间的许多实验显示，在太空飞行期间进行微生物培养，会产生独特的微生物反应，包括生长动力学、抗生素抗药性，以及生物膜（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，生物膜的变化可能对人类健康和环境系统造成重大问题。

这些微生物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，会非常难以治疗，如果是在太空站上，更会堵塞和破坏重要的太空站基础设施。

「在自然界中，绝大多数的细菌都生长在附着于表面的微生物群体中，」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）太空站上，就发现了大量的生物膜，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）──造成太空人弗雷德.海斯（Fred Haise）飞行时疾病的祸首──送入亚特兰提斯号太空梭。

他们发现与地球环境相比，在太空中的绿脓杆菌轻易地就能形成更厚、更大的生物膜，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，在太空中不但有细菌生长，这些微生物生长和行为的变化让我们更难杀死它们。

1982年在苏联太空站礼炮七号（Salyut 7）上进行的实验结果显示，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，太空人泰瑞.维茨（Terry Virts）和杰夫.威廉斯（Jeff Williams）在国际太空站（International Space Station）内的八个地点──包括餐桌、太空人个人空间、厕所等──进行采样，并将样本送回地球进行培养。

「国际太空站不是个无菌的环境，」马尔卡希说，「太空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生物，并进行基因定序，发现有九种致病生物和其他许多微生物，表现出多种抗生素的抗药性──包括盘尼西林（青霉素）在内。

基因定序的结果还显示，这些微生物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，也还无法证明太空飞行就是增加抗药性的罪魁祸首。

即便火星既贫瘠又没有生物生存，保持未来人类居住环境的清洁仍然相当重要。

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，我们甚至不知道为何绝大多数的病原体会在地球上造成疾病，」尼克森表示，「但这非常重要，微生物统治着我们的世界，我们只是在微生物的世界里生存罢了。

」

火星上160万条神秘条纹未解之谜

自从上个世纪70年代以来，人类向火星发射的探测器，就陆陆续续地在火星上发现了一种令人颇感神秘的暗色条纹，它们分布在火星表面的火山口、撞击坑边缘以及各种具有一定坡度的地形上。

这些条纹的宽度从几十米到上百米不等，长度通常可达几百米甚至上千米，其颜色特别深，与周围浅色尘土形成鲜明对比，它们通常从斜坡高处区域开始，然后顺着坡度向下延伸并逐渐分叉。

而在一段时间之后，一些条纹还会变浅甚至消失，与此同时，新的条纹又会出现，这使得它们看上去不像是火星表面的固定地质纹理，而更像某种持续发生的活跃现象。

在刚开始的时候，科学家曾经认为，这应该是火星表面涌出的液态水造成的冲刷痕迹，毕竟在那个时候，大家普遍乐观地认为，火星上可能会有生命，所以出现这样的现象也合情合理。

然而这个观点被否定了，因为后续的探测数据表明，以火星表面的温度和气压，就算是有液态水，它们也无法长期稳定地存在，根本就不可能形成规模如此巨大的冲刷痕迹。

如果不是水，那这些条纹又是怎么形成的呢？对此，一个曾被普遍认同的观点认为，其形成原因可能是陨石撞击产生的震动波“抖落”了斜坡上的尘埃颗粒，暴露出下方深色的基底物质。

然而随着观测数据的累积，越来越多这样的条纹被发现，迄今为止，其数量已经高达大约160万条，并且其中有很多都是“新鲜”的，其形成年龄通常在几年至几十年之间。

显而易见的是，在这么短的时间内，火星上不可能遭到如此密集的陨石撞击，退一步讲，如果真有这么多陨石撞击火星表面，那我们也应该观测得到。

所以这种观点也站不住脚了，就这样，火星上的这160万条神秘条纹，困扰科学家半个世纪。

好消息是，根据一项近日发表在《自然·通讯》上的新研究，关于这些条纹的形成机制，现在终于有了答案。

据了解，此次研究利用火星勘测轨道飞行器（MRO）在2006年至2024年间拍摄的海量数据，通过机器学习自动识别，对火星表面上的这种条纹进行了前所未有的详尽分析。

尽管这看上去很简单，但实际上却工作量巨大，耗费了大量的时间和算力，其最终的结果是：绝大多数新条纹的形成，都集中在火星上特定的季节，且发生在那些风速极高的区域。

所以此次研究给出的答案就是：火星上的这些神秘条纹，其实就是风造成的，它们本质上就是一种由细小尘埃层塌落造成的“干滑坡”现象。

研究人员表示，火星表面长期覆盖着一层相对较轻且明亮的尘埃颗粒，当季节性风速升高到能让这些尘粒松动和被重新搬运的水平时，尘层会在某些坡面上失去稳定，像一张被轻轻扯开的毯子一样沿坡滑落。

这样一来，就露出了其下方颜色更深、粒度更粗的基底物质，从而形成了明显变暗的条纹，在此之后，它们又会逐渐被火星大气中的明亮细尘重新覆盖，然后慢慢地变浅和消失。

那么问题就来了，既然答案是如此简单，那之前为什么没有发现呢？对此，研究人员给出的解释是，形成这些条纹的条件（例如特定的温度梯度和风切变），基本上都是出现在日出和日落时分，并且其过程通常只会持续几分钟，这使得探测器几乎不可能“现场抓到”条纹生成的过程，所以此前就只能在“某个时点之前不存在、后来突然出现”的观测结果中推测其成因。

而此次研究基于海量的探测数据和机器学习分析，首次对火星全球数百万条纹进行系统统计（包含了部分重复拍摄），并把它们的出现时间与当地季节性风速、尘埃活动进行逐点比对，确定了条纹出现的时段与强风触发尘层松动的季节高度吻合，才最终得到了正确的答案。

美最新火星探测器将尝试“徘徊”模式

来源：环球时报 【环球时报特约记者 晨阳】美国有线电视新闻网（CNN）10日称，由于天气原因，美国蓝色起源公司的新型大推力“新格伦”火箭推迟发射。

此次发射不仅是备受瞩目的“新格伦”火箭首次尝试将有效任务载荷送入轨道，也是时隔5年之后美国即将再度开启火星探测之旅。

报道称，“新格伦”火箭由美国亿万富豪贝索斯旗下的航天企业蓝色起源公司研制，它以美国首位完成轨道飞行的宇航员约翰·格伦的名字命名，是一种强大的两级重型运载火箭，被视为美国太空探索技术公司（SpaceX）“猎鹰”系列运载火箭的有力挑战者。

“新格伦”火箭的起飞推力为1750吨，近地轨道运力45吨，地球同步转移轨道运力超过13吨。

相比之下，美国现役运载火箭中只有为美国载人登月计划专门研制的SLS重型运载火箭以及SpaceX的“猎鹰重型”运载火箭比其运力更大。

这枚98米高的火箭原定在美国东部时间9日升空，但由于天气原因推迟发射。

下一个发射窗口在美国东部时间10日下午2时40分至4时08分，但也可能会受到美国政府停摆等因素的影响。

美国“太空”网站称，与SpaceX的“猎鹰”系列运载火箭一样，“新格伦”火箭也设计为部分可重复使用，以降低成本。

“新格伦”火箭虽然运力是“猎鹰9”号的两倍，但发射价格可能大致相同，每次发射约为6000万至7000万美元，优势相当明显。

蓝色起源公司将在这次发射中尝试将火箭第一级助推器降落在海上驳船上。

在今年1月的“新格伦”火箭首次轨道发射任务中，它成功将一颗名为“蓝环探路者”的测试载荷送入轨道，但助推器尝试降落在海上回收平台时失败。

这次发射之所以备受关注，除了是“新格伦”火箭首次执行太空发射有效载荷任务外，它所携带的载荷本身也非常受瞩目。

美国“太空新闻”网站称，“新格伦”火箭这次搭载的是美国国家航空航天局（NASA）的一对双胞胎卫星——“逃逸与等离子体加速和动力学探测器”（ESCAPADE）。

它是自2020年7月30日，NASA研制的“毅力”号火星车和“机智”号直升机升空以来，NASA五年多来首次发射的火星探测器。

报道称，ESCAPADE由NASA戈达德太空飞行中心和加州大学伯克利分校空间科学实验室领导的低成本行星科学项目，与火箭实验室和先进空间等商业航天企业合作完成。

加州大学伯克利分校在任务描述中写道，这两颗完全相同的探测器将“编队飞行，以3D方式绘制火星的磁场、高层大气和电离层图，提供这颗红色星球独特的近太空环境的首次立体视图”。

它们的发现将帮助科学家了解火星如何以及何时失去大气层，并更好地了解未来应该如何保护前往火星的宇航员和精密设备，让其免受恶劣太空环境的威胁，确保长期任务的成功与安全。

这次火星探测器的轨道也与众不同。

“太空”网站介绍称，由于地球和火星的距离在不断变化，最远时相距约4亿公里，而最近时只有5500万公里。

因此向火星发射探测器时需要抓住火星与地球最近的时间窗口，通常每26个月才能等到一次，这也使得火星任务的周期性特别明显。

ESCAPADE任务原本也准备按照这个模式奔向火星，但当它错过了2024年年底的发射窗口后，NASA发现，进度延误、任务计划变化以及其他因素导致该探测器很难找到合适的发射平台和时机。

最终研究人员决定不再等待2026年的发射窗口，而是“发挥创意”，选择“发射+徘徊”模式，这样探测器可以选择“任何一天升空”，在太空待命，保证有足够的多余燃料到达火星。

按照这个设计，这两颗火星探测器升空后，将不会直接飞向火星，而是前往拉格朗日L2点。

这是一个位于地球与太阳的连线上、距离地球约150万公里的平衡点，探测器可以在这里以极低的燃料消耗长期维持轨道高度。

同时这里的宇宙辐射相对较低，有助于减少探测器长期在轨停留时受到的损伤。

预计到2026年火星转移窗口期开启时，探测器将在2026年11月重新飞向地球，借助地球引力加速，最终踏上前往火星的道路。

如果一切按计划进行，它们将于2027年抵达火星轨道。

报道称，NASA科学家表示，如果这次特制的火星任务轨道取得成功，将有助于提高未来火星探测任务的灵活性。

当然，由于额外的长时间宇宙停留，也会增加探测器发生故障的风险。

但NASA方面表示，考虑到ESCAPADE任务的低成本特性，增加额外的风险是可以承受的。