太空探索是人类对未知的不懈追求，是人类的历史使命。同时，移居太空也是解决地球人口爆满、居住环境日趋恶化的选择之一。而人类想在太空中不断将文明的火种延续下去，如何在太空中生育就是首要问题。
要知道太空是一个迥然不同于地球的环境，表现为微重力、强辐射（包括伽马射线、高能质子等）和高真空，这样的环境显然对生育是不利的。世界各国在过去进行过多次太空试验，都无法成功实现生命的孕育。
令人惊喜的是，这样的局面可能迎来改变。近日，日本科学家在《iScience》杂志上发表了题为“Effect of microgravity on mammalian embryo development evaluated at the International Space Station”的研究文章。研究人员在国际空间站的微重力和辐射条件下，成功发育冷冻小鼠早期胚胎，并且胚胎未出现明显的DNA损伤，RNA测序也未检出异常表达的基因。
图1 DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.108177
特制胚胎装置实现小鼠胚胎太空发育
在科幻电影《流浪地球》中，宇航员刘培强所在的空间站携带了基础农作物种子和300万个人类冷冻胚胎，以此寻求人类文明在外太空的延续。
但如何让冷冻胚胎在太空中正常发育呢？
1996年，美国哥伦比亚航天飞机将49枚小鼠2细胞胚胎送上太空，结果无一发育；此后国外再无进行此类实验。
2006年，我国实践八号育种卫星留轨舱，开展了小鼠4细胞期胚胎太空发育实验，首次获取了太空中的小鼠胚胎图片，但遗憾的是它们在太空未能完成发育。
2016年实践十号任务，中科院上海技术物理所研究员张涛领导的胚胎培养载荷研究团队将胚胎实验室浓缩成了一个微波炉大小的培养箱。首次证明了哺乳动物胚胎在太空微重力条件下，可以发育到囊胚阶段。
在本次研究中，日本科学家设计了胚胎解冻和培养装置（ETC），冷冻的小鼠2细胞期胚胎被发射到国际空间站。宇航员解冻后在国际空间站培养4天，小鼠胚胎顺利完成了早期分化，小鼠胚胎成功度过了回归地球的艰难旅程，回到了地球上的实验室进行全方位分析研究。
图2 研究流程图
太空发育的小鼠胚胎未出现明显异常
为了探讨太空环境对胚胎发育影响的作用机制，太空囊胚被分为3组，与地面囊胚进行对比。
①在植入前哺乳动物胚胎中，囊胚发育成两种类型的细胞：外上皮滋养外胚层(TE)和内细胞团(ICM)。通过分析细胞数量，发现太空囊胚的分化未出现异常（图3I）。
②采用Nanog和gH2AX染色检测细胞DNA损伤情况，结果表明：微重力和空间辐射不会导致囊胚的DNA损伤（图3A-D）。
③RNA测序显示太空囊胚有13个基因发生了差异表达，然而，这些差异并不显著，主成分分析也未观察到太空囊胚与地面囊胚之间的明显差异（图3K）。
图3 在国际空间站微重力环境下发育的囊胚质量
展望
本研究成功证明小鼠胚胎能够在太空环境完成早期发育。同时可贵的是，这些囊胚被成功带回了地球，得以进行后续的研究，科学家取得的新进展为哺乳动物的太空繁殖带来了希望。
不过，研究最后回收到的囊胚数量仍是有限，ETC中的许多胚胎在两细胞阶段死亡或停止发育，研究人员认为这是由于对胚胎有毒性的冷冻保护剂没有从胚胎中顺利排出，从而引起细胞毒性。
这提醒我们：人类能否在太空繁衍等谜团需要通过一系列严格的科学实验来一步一步解开，哺乳动物早期胚胎能够在太空实现发育只是解开人类太空繁衍众多谜团的第一步。
