与人类基因的相似度达87%：航天员饲养的“飞天小鱼”特别在哪？

来源：中国航天报

4月26日，“神十八”航天员入驻空间站，后续将实施国内首次在轨水生生态研究。

航天员在失重环境下饲养水生生物，需要克服哪些困难？参考国内外类似实验，有可能取得哪些意义特殊的成果？又具有怎样的应用价值呢？

▲模拟太空养殖设备中的斑马鱼

特殊环境挑战不小

想要了解太空养鱼的困难，我们有必要初步了解此次“飞上天宫”的斑马鱼，理解它为何能够幸运入选。

斑马鱼是原生于南亚地区的热带淡水鱼，除观赏价值外，也是继小鼠和大鼠之后的第三大脊椎类模式生物，其优势包括：每条雌鱼每次产卵200～400枚，“样本”充足，便于遗传学筛选；体外受精发育，早期胚胎透明，能够完整观察研究其发育过程；成年鱼长约4厘米，养殖成本低，适合实验室条件；繁殖周期短，从受精卵发育到能游动的胚胎个体只需24小时。

此外，斑马鱼基因与人类基因的相似度高达87%，其早期胚胎发育过程也与人类高度相似，在生物体再生能力研究领域很受青睐。而且，斑马鱼存在多种经基因编辑后的转基因人工培育种，促使其在免疫学、药理学、毒理病理学及生态环境评价等科研领域应用非常广泛。

太空养鱼绝非易事。在太空微重力条件下，斑马鱼很可能会改变游动方式，放大对周边环境的“娇贵”要求：养殖水温需维持在28～29摄氏度，pH值、盐离子浓度等需维持在一定范围内，有规律的光照周期必不可少等。

▲装有斑马鱼和金鱼藻的小型受控生命生态实验模块

航天员为了保障系统稳定运行，既要做好喂食、供氧、为藻类提供营养液、照明等基础工作，还要满足斑马鱼和金鱼藻对水体pH值、盐离子浓度、溶氧、温度、电导率等指标要求，并实时进行参数调节、鱼卵收集、废物处理等操作，从而确保系统内部物质和能量的自主平衡及稳定运行。

另外，水生生态实验模块具有特殊性，属于密闭的有氧环境，这也给有害微生物提供了生存条件。如果不加防范，这些微生物有可能逐渐侵蚀电缆、材料和电子器件，影响实验进程，甚至危害航天员的健康。因此，国内首次在轨水生生态研究对航天员和实验舱生命生态科学实验系统都是不小的挑战。

国际成果层出不穷

1973年7月28日，美国飞船携带两条加拿大底鳉及其50颗鱼卵，前往“天空实验室”。这是人类第一次将鱼类送入太空，研究项目较多，包括探究鱼类的三维空间运动能力是否会受到失重影响，以及失重环境下胚胎发育的状况等。

刚进入太空时，因为失去重力引导的前庭系统作用以及可见光给予的视觉信息，鱼类只会不停地打转。到了第22天，鱼类已能正常游动，表明通过自身机能调节，鱼类可以适应失重环境对自身空间运动能力的影响。在太空实验中，50枚鱼卵中的48枚健康孵化。

受此启发，在1974～1987年间，苏联多次通过联盟火箭与宇宙系列卫星将斑马鱼与鳉鱼卵送入太空，开展在轨生物载荷实验。

1994年7月，4条日本青鳉鱼及300余颗鱼卵被美国哥伦比亚号航天飞机送入国际空间站微重力实验室2号鱼箱。航天员观察发现，青鳉鱼可以交配、产卵，并在15天后孵化出幼鱼。这些在太空微重力环境下孕育的脊椎动物胚胎，揭示了多种具有普遍规律的生命现象，具有重要的科研价值。

2012年8月，1个日本“水族箱”与32条青鳉鱼被送上国际空间站日本实验舱。与斑马鱼类似，青鳉鱼通体透明，可迅速繁殖，而且基因序列已被完整地研究过，因此有利于研究它们在失重条件下的体内器官变化，关注其受辐射影响的骨骼退化和肌肉萎缩等症状，辨识出受太空环境影响的基因变化。这些青鳉鱼在太空生活时间最长达90天，日本科学家借此研究了太空环境下的骨质流失问题，为防治航天员骨质流失提供了参考。

航天员在微重力环境下长期执行任务，难免出现肌无力症状。2015年，日本实验舱利用18条斑马鱼进行肌肉实验，为制定航天员保健策略提供了参考和指导。显然，太空养鱼实验成果为后续载人航天事业提供了宝贵的帮助。

应用价值不可低估

据公开资料显示，在“天宫”建成前，我国依靠返回式卫星、飞船与空间实验室，开展了一系列水产太空育种、太空生态生保实验，成果具有经济与科学意义。

2012年，我国顺利完成了首次受控生态生保集成实验，突破了人-植物氧气和二氧化碳交换动态平衡调控、微生物废水综合处理和循环利用等多项航天生态生保关键技术，大气、水和食物的闭合度分别达到100%、85%和15%。这意味着，中国航天员中心的第三代受控生态生保实验平台研究取得重大进展。

2022年问天实验舱入轨后，我国航天科研人员长期设想的“在轨建立稳定运行的空间密闭水生生态系统”具备了基础条件。此次航天员将在问天实验舱内构建以斑马鱼为主要研究对象的小型密闭生命生态系统，进一步具体验证我国长期载人航天飞行环境控制生态保护技术成果，实现我国在太空培养脊椎动物“零的突破”。

事实上，太空和地球环境差异巨大，资源自给自足对于载人航天探索非常必要，空间生命科学实验也是航天强国发展的必经之路。

或许在不久之后，我国将在太空环境下进行更深层次的哺乳动物细胞期胚胎实验，探寻太空环境对早期胚胎发育的影响。未来长期太空探索中，哺乳动物乃至人类的生殖生育问题难以回避，预先研究不可或缺，而在轨水生生态研究将为此提供基础性科学依据。

放眼更遥远的未来，环境控制技术与航天基础技术不断进步，相辅相成，将为建立外星球基地生命保障系统提供必要的技术支撑。

当人类漫步外星球时，或许会想起那些为太空探索作出贡献的小鱼们。