在太空一年基因就改變7%？宇航員會變成怪物嗎？

原標題：在太空一年基因就改變7%？宇航員會變成怪物嗎？

如果一年的空間站生活讓基因改變了7%，那麼他會是另一種未知生物。

在國際空間站生活的一年裡，NASA宇航員斯科特·凱利（Scott Kelly）並沒有變異成基因怪物。

不過在本月里你可能已經有了這種印象，因為許多媒體都錯誤地報道了這位宇航員在國際空間站度過一年後基因變化了7%的消息。

圖片來源：網路截圖

凱利本人發送了一條詼諧的推特，讓局面更加混亂：

什麼？我的DNA變了7%！還有這種超展開？我剛從這篇文章里知道。這可以算作好消息！我不需要再說 @ ShuttleCDRKelly 是我的同卵雙胞胎了。

—— 斯科特·凱利（@StationCDRKelly）

就如許多人已經指出的那樣，這樣的解讀是完全錯誤的。凱利的遺傳編碼——組成他DNA的成千上萬組鹼基對——沒有改變。在這項關於凱利的長期研究中，NASA分享的（措辭上讓人迷惑的）初步證據，其實是指凱利在太空中和返回時，他的基因使用方式發生了變化。

這件事是一次徹底的新聞失誤，起因就是NASA那篇被誤讀的新聞稿。（在因措辭造成混亂後，NASA於3月15日修改了新聞稿，強調凱利的DNA沒有發生根本性變化。）但是這起鬧劇也說明我們需要對這件事做出更多解釋，從「為什麼一開始NASA會對凱利的基因感興趣」到「DNA的基因表達是如何作用的」。現在就讓我們來說明吧！

斯科特·凱利在太空度過了一年，NASA很好奇這會對他的身體造成什麼影響

斯科特·凱利和俄羅斯宇航員米哈伊爾·科爾尼延科（Mikhail Kornienko）在2015至2016年間在國際太空站度過了340天，是人類在單次太空任務中的最長停留記錄。

NASA前宇航員斯科特·凱利，現已退休。圖片來源：Wikipedia

但是凱利和科爾尼延科飛上太空並不僅僅是為了打破記錄。這次任務的長度為日後登錄火星等其他長期任務提供了重要測試。一次前往火星的旅途需要幾個月到一年，NASA很好奇在太空中停留這麼長時間會對人造成何種損害。

NASA和它的國際夥伴通常會讓宇航員在國際空間站執行六個月的任務。但是只呆六個月也會對宇航員造成一些負面影響。

宇航員在執行任務的時候通常會報告視力衰退，而且在返回地球後也沒有立即恢復正常。骨骼可以在微重力的情況下變得脆弱。肌肉會萎縮。在太空中也更難入睡。科學家還擔心更長時間的任務會對人體生理造成更嚴重的影響，從改變腸道中的益生菌水平到降低免疫系統的能力。

NASA將會對比凱利和其他執行了較短太空任務的宇航員的身體。研究的根本問題是：是不是在太空中的時間越長，對身體的損害就越大？

作為一個實驗對象，斯科特·凱利有點特殊性。也許你已經聽說過，他有一個同卵雙胞胎兄弟叫馬克·凱利（Mark Kelly）。馬克也是一名宇航員。

這對雙胞胎一起去了NASA，指出既然他倆既然有相同的DNA，那麼馬克·凱利也許能為實驗提供有趣的對照。NASA喜歡這個主意，於是公開徵集外部研究者來提交如何研究凱利兄弟區別的提案。

最後，NASA的這個命名為「雙胞胎實驗」的項目總計收穫了10個研究項目，內容從研究凱利兄弟的認知能力到通過他們基因表達的變化去找代謝變化的徵兆。

馬克（左）與斯科特（右）。圖片來源：extremetech

實驗的控制做得不算完美（後面部分會有更多解釋），但是因為研究者有兩個雙胞胎在多個節點的數據，所以可以進行比較。如果在這段時間裡，斯科特與馬克在任何一項測試中的水平相差太大，那也許就可以把這種變化歸咎於斯科特在太空中停留的時間。

NASA的新聞稿是如何被誤讀的

現在來講講事情是如何失去控制的。2018年1月31日，NASA在發布的新聞稿寫道：

「研究者現在知道斯科特93%的基因在返回地球後恢復了正常。然而，剩下的7%可能導致與免疫系統、DNA修復、骨骼形成網路、低氧以及高碳血酸症相關基因的長期變化。」

這篇新聞稿在一月發出時吸引了一定的關注。NASA沒有提到最終研究的結果（預計在今年晚些時候放出）。這更像是一個提醒：嘿，我們還在做這項研究呢。

如《大西洋月刊》所說，在三月中旬，一些媒體「因為尚不清楚的原因」就盯上了這篇新聞稿。

舉個例子，《新聞周刊》的頭條是「斯科特·凱利：NASA雙胞胎實驗確認宇航員的DNA在太空中會發生變化」。「生活科學」網站（Live Science）發布了一篇類似的文章，但隨後令人敬佩地承認了錯誤：「關於斯科特·凱利太空基因的故事，我們完全搞錯了。」

這篇新聞稿被大肆誤報的部分原因是NASA沒有解釋「基因變化」的含義。斯科特·凱利的DNA並沒有改變。如果你的DNA改變了7％，你將不再是一個人類。人類和黑猩猩擁有98.8％相同遺傳編碼。如果你7％的基因發生了變化，誰知道你會變成什麼。NASA還在報道中說這種基因變化發生在一個「太空基因」中，這也造成了誤解。事實上，NASA所說的「太空基因」僅僅是指在太空旅行中有可能受到影響的基因。

斯科特·凱利仍然是一個人類。而且他還是馬克·凱利的雙胞胎，他們有著一樣的DNA。那麼，是什麼改變了呢？

簡單來說，改變的是基因表達

人類有約20000個基因，分布在23對染色體之中。你身體內的每個細胞都有這些基因的全套。儘管如此，我們的細胞是不一樣的——比如，神經細胞跟胃壁細胞一點都不相似。它們的功能也大不相同：一個是在神經系統里傳遞電信號和化學信號的，另一個則釋放胃酸幫助人類消化食物。

這些功能差異不是因為DNA的不同，而是由於它們表達的不同。複雜的化學路徑以及反饋環路會讓一些特定基因打開或關閉。每個基因會編碼蛋白質（人體內的一個構建塊），根據基因的開閉狀態，建造出不同的結構，產生不同的反應。

基因表達如果發生了微妙變化，也不會讓你的神經元變成血細胞，但是它可以改變細胞的工作狀態。基因表達的變化可以導致細胞癌變，或者引出一連串事件導致心臟病患病率增大。

確定基因表達的變化有幾種不同的方法。一種是查看RNA的水平，這個信號分子幫助基因執行並創建它編碼的蛋白質。另一種方法是查看甲基化水平。甲基化是指DNA分子被一種化學物質標記。正如《自然》解釋的一樣，這種化學物質可以讓基因的一部分無法開啟。

NASA表示基因表達的變化與「斯科特·凱利的免疫系統、DNA修復、骨骼構建網路、缺氧以及高碳酸血症有關」。這段話說的太簡略了，所以我們必須等待最後的論文才能更好地評估這些發現。NASA更新了新聞稿，聲明凱利7%的基因表達變化是「非常小」的，而且很可能處於「人類承受壓力時——比如登山或潛水——發生變化的正常範圍之內。」

雙胞胎研究還涉及對凱利端粒變化的研究。端粒是染色體上像帽子一樣的DNA序列。端粒長度的變化是衡量細胞健康的一個粗略標準。隨著年齡的增長，端粒往往會變短。但古怪的是，NASA的報告說凱利的端粒在太空中變長了。這是我們在最終論文發表時要更仔細評估的另一件事情。

現在來說一年的太空旅行如何影響凱利的長期健康還為時過早

總的來說，現在很難知道是太空飛行的哪些方面導致了這些改變（如果這些改變是真實的）。

原因是：基因一直在打開、關閉，而「基本上所有事物」都可以影響開閉，明尼蘇達大學的遺傳學研究員蘭·貝克曼（Ran Blekhman）說。壓力、飲食、接觸病原體、肢體活動，甚至孤獨都可能會調整基因開啟和關閉的方式。許多基因還會以晝夜節律運行，這意味著它們以24小時為周期循環開閉。甚至有一項研究發現冥想改變了基因表達。

所有這些干擾，都讓辨別基因表達中有意義的變化（比如讓癌細胞和健康細胞產生差異的變化）和找出造成這些變化的根本原因變得非常困難。

如果基因表達出現變化，那也很難說是太空旅行的哪一個因素導致的。這些變化可以被歸咎為生活在微重力的環境下、缺乏運動、睡眠質量差或是吃冷凍乾燥的食物。同時，也有隨機變化的可能。

所以，我們可以從這個雙胞胎實驗中學到什麼呢？

安迪·費因伯格（Andy Feinberg）是約翰斯霍普金斯大學的一名分子生物學家。他參與了凱利雙胞胎實驗，任務是研究雙胞胎基因的甲基化。（新聞稿和他的研究無關，涉及的是另一個實驗室的結果。）

他說，計劃是要所有參與雙胞胎計劃的研究者起草一份學術論文，讓同行進行審議，然後希望有學術期刊能接收這篇論文。

費因伯格告誡說，在雙胞胎研究中進行基因檢測，目的不是得出太空對我們基因有何影響的最終結論。你永遠沒法靠單個實驗對象和單個對照樣本做到這一點。「你可以據此建立一個假設，但你無法證明任何事情。」他說。

以及總體來說，研究者不光在關注基因，他們還關注認知功能、免疫功能、新陳代謝以及生命體征的檢測。通過全部研究得來的數據，可能會得到關於太空如何影響健康這一複雜問題的線索，以及要依靠未來任務進行驗證的假設。

費因伯格說，有一件被低估但也許更加重要的事情：這個雙胞胎實驗是科學家改進宇航員生理測試實施方法的一種途徑。比如說，費因伯格說他和同事花了一些時間在「嘔吐彗星」上。「嘔吐彗星」是NASA的模仿零重力環境建造的飛機，所以對於從宇航員身上抽取血液樣本這件事，他們可以建立嚴密的取樣流程。

「僅僅搞清楚如何做這些事本身就很重要。」費因伯格說。即使結果僅僅能提供一個可以在未來檢測的理論，那也足夠了。他說，讓人類為星際旅行做好準備是幾代人的工作。這項研究僅僅邁向未來的一小步。

所以，科學家也許不會從斯科特和馬克·凱利身上知道太空能對我們的基因造成多大影響。但是他們會更清楚，如何在未來回答這個問題。

翻譯：錦衣Reload

審校：vicko238、Ent

排版：曉嵐

題圖來源：extremetech

編譯來源：Vox, Scott Kelly』s genes and NASA』s twin study on him, explained.

譯文來自果殼網

轉載請聯繫授權: sns@guokr.com

投稿請聯繫scientificguokr@163.com

果殼

科學人

編輯：太陽騎士07

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