太空探索是人類對未知的不懈追求，是人類的歷史使命。同時，移居太空也是解決地球人口爆滿、居住環境日趨惡化的選擇之一。而人類想在太空中不斷將文明的火種延續下去，如何在太空中生育就是首要問題。
要知道太空是一個迥然不同於地球的環境，表現為微重力、強輻射（包括伽馬射線、高能質子等）和高真空，這樣的環境顯然對生育是不利的。世界各國在過去進行過多次太空試驗，都無法成功實現生命的孕育。
令人驚喜的是，這樣的局面可能迎來改變。近日，日本科學家在《iScience》雜誌上發表了題為“Effect of microgravity on mammalian embryo development evaluated at the International Space Station”的研究文章。研究人員在國際空間站的微重力和輻射條件下，成功發育冷凍小鼠早期胚胎，並且胚胎未出現明顯的DNA損傷，RNA測序也未檢出異常表達的基因。
圖1 DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.108177
特製胚胎裝置實現小鼠胚胎太空發育
在科幻電影《流浪地球》中，宇航員劉培強所在的空間站攜帶了基礎農作物種子和300萬個人類冷凍胚胎，以此尋求人類文明在外太空的延續。
但如何讓冷凍胚胎在太空中正常發育呢？
1996年，美國哥倫比亞航天飛機將49枚小鼠2細胞胚胎送上太空，結果無一發育；此後國外再無進行此類實驗。
2006年，我國實踐八號育種衛星留軌艙，開展了小鼠4細胞期胚胎太空發育實驗，首次獲取了太空中的小鼠胚胎圖片，但遺憾的是它們在太空未能完成發育。
2016年實踐十號任務，中科院上海技術物理所研究員張濤領導的胚胎培養載荷研究團隊將胚胎實驗室濃縮成了一個微波爐大小的培養箱。首次證明了哺乳動物胚胎在太空微重力條件下，可以發育到囊胚階段。
在本次研究中，日本科學家設計了胚胎解凍和培養裝置（ETC），冷凍的小鼠2細胞期胚胎被發射到國際空間站。宇航員解凍後在國際空間站培養4天，小鼠胚胎順利完成了早期分化，小鼠胚胎成功度過了回歸地球的艱難旅程，回到了地球上的實驗室進行全方位分析研究。
圖2 研究流程圖
太空發育的小鼠胚胎未出現明顯異常
為了探討太空環境對胚胎髮育影響的作用機制，太空囊胚被分為3組，與地面囊胚進行對比。
①在植入前哺乳動物胚胎中，囊胚發育成兩種類型的細胞：外上皮滋養外胚層(TE)和內細胞團(ICM)。通過分析細胞數量，發現太空囊胚的分化未出現異常（圖3I）。
②採用Nanog和gH2AX染色檢測細胞DNA損傷情況，結果表明：微重力和空間輻射不會導致囊胚的DNA損傷（圖3A-D）。
③RNA測序顯示太空囊胚有13個基因發生了差異表達，然而，這些差異並不顯著，主成分分析也未觀察到太空囊胚與地面囊胚之間的明顯差異（圖3K）。
圖3 在國際空間站微重力環境下發育的囊胚質量
展望
本研究成功證明小鼠胚胎能夠在太空環境完成早期發育。同時可貴的是，這些囊胚被成功帶回了地球，得以進行後續的研究，科學家取得的新進展為哺乳動物的太空繁殖帶來了希望。
不過，研究最後回收到的囊胚數量仍是有限，ETC中的許多胚胎在兩細胞階段死亡或停止發育，研究人員認為這是由於對胚胎有毒性的冷凍保護劑沒有從胚胎中順利排出，從而引起細胞毒性。
這提醒我們：人類能否在太空繁衍等謎團需要通過一系列嚴格的科學實驗來一步一步解開，哺乳動物早期胚胎能夠在太空實現發育只是解開人類太空繁衍眾多謎團的第一步。
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