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新兴的生物学科（第2页）

在试验开始3个月之后，一名医生进入“生物圈Ⅱ号”，为7名常住居民上门看病。按计划还会有3名科学家进入圈内，进行短期科研工作。据透露，被允许进入“生物圈Ⅱ号”做客的，可能会有教师、技术专家、项目经理、环境专家甚至一些商界人士。他们在圈中可待上几周甚至几个月，但这些客人进入圈中之后，必须在圈内农场上干活，亲自品尝一下自己动手丰衣足食的甘苦。

“生物圈Ⅱ号”采取的开放政策受到一些原来对该项目持批评态度的科学家的认可。他们认为，这项政策增加了试验的透明度，有助于公众在更好地了解该试验的基础上对该试验的可信度作出自己的判断。

这类的模拟试验还只是开始，在地面上尚且会出现这么多的麻烦，日后进入太空之中，还不知有多少的困难、挫折甚至危险在等待着人类，这只能依靠人类自己艰苦的工作去不断解决、不断克服。

实验对象进入太空

现在，让我们把目光转向空中。空间生物学最好的试验场所当然应该是广大的宇宙，在那里，才可能“真刀真枪”地实干一番。最早的空间生物学实验是用探空火箭来进行的。科学家将狗、猴等动物接上各种监测仪器，放入火箭舱内，当火箭发射后，动物的各种生理指标（如心电、脑电等）通过监控仪器和无线电波发回地球，人们就获得了动物在空间的数据。

自从人造地球卫星进入太空之后，空间生物学的研究又向前跨了一步。人们可以将实验仪器和实验生物装在搭载舱内，通过无线电遥控或回收星体来获得数据。探空火箭在空中停留的时间很短，而人造卫星在空中可以停留很长时间，这样，人们就可以获得更多、更广泛、更详尽的实验结果。

让我们来看看1967年9月7日美国航天航空总署发射的“生物卫星2号”人造卫星进行试验的情况。专家们在有关辐射、失重和摆脱地球的周期性变化对生物影响的问题上，进行了13项引人入胜的实验。用来做实验的生物包括麦苗、胡椒属的植物、大变形虫、豹蛙卵、面粉甲虫、寄生蜂、紫露草、某些种类的细菌以及果蝇的幼虫和成虫。

为了能够准确地得出这些生物在空间中的变化情况，做实验时必须设有对照组进行比较，也就是说用同样两组的生物作为实验对象，一组放在人造卫星中升入太空，另一组在地球上进行同样条件（例如温度、湿度等）下的实验，这样就要求严格地控制实验条件。

“生物卫星2号”的实验结果表明：在太空中，胡椒属植物的叶子生长不正常，由于失去了地心引力，它们的叶子向下弯曲。失重对变形虫或蛙卵的生长发育好像不起什么作用，在宇宙空间由胚胎发育成的6只蝌蚪看上去与平常的蝌蚪一样完美无缺。在空间受辐照的面粉甲虫的翅膀上发现有些异常。在飞行过程中受到辐照的雌寄生蜂比受地面辐照的雌寄生蜂的寿命长得多。

“生物卫星2号”实验获得了一项引人注目的结果，即细菌在宇宙空间中比在地面上繁殖得快。对卫星上细菌数目的早期统计表明，它们比存在引力的地面上同类细菌的繁殖率高20%～30%。这个结果对于利用宇宙空间来进行发酵法生产产品显然是有指导意义的。但也必须考虑到，对于生物细胞，无论是细菌还是其他种属的细胞，都有很多共同之处。科学家认为，在失重的情况下，人体细胞的新陈代谢率会升高。如果确实是这样，在航程较长的宇宙飞船之中，就必须配备人造引力装置，否则，宇航员就必须携带药物以防止自己的身体细胞置换过快。

在这以后，美国又进行了“生物卫星3号”的实验，这颗卫星将一只名叫“伯尼”的猕猴送上了天空。这只猴子是从经过一年训练的10只猴子中选拔出来的，它头戴两只硬塑料头盔，里面镶嵌着各种仪器，以便监测它的脑电波，其他还安装有测量心率、血压、眼的活动和肌肉活动的仪器，所有的数据都通过无线电波送回地面。这次实验原定进行30天，不幸的是，“伯尼”在空中只活了8天半。尽管如此，实验仍然获得了有关“伯尼”在宇宙空间时大脑、心血管和新陈代谢功能等方面达10亿个信息单位的资料，其中有一项重要的发现是猴子身体的节律周期显然由正常的24小时转变为26小时，虽然光线的变化以及活动和取食的时间，都是按白昼和黑夜各为12小时的规律来安排的，但是到了飞行的第二天和第三天，猴子的身体节律就开始偏离了24小时的周期。对于这些现象，科学家无法解释，目前还在继续深入地研究。

科学家直接进入太空实验

载人宇宙飞船和航天飞机的出现，使得科学家有了在宇宙中的实验站，科学工作者和宇航员共同进入太空，在那里长期生活工作，这使空间生物学的研究得以大大拓宽它的领域。由于争夺空间不仅具有重要的军事意义，而且对于今后人类生存空间的扩展、对于某些新兴产业的出现具有潜在的价值，各个国家都很重视这方面的工作，美、俄、日、英、法、德、加等国都投入巨资，我国也在积极开展这方面的研究。

目前，空间生物学家主要在以下几个方面开展研究。

首先，研究空间环境对人类的影响，以便使更多的人能直接进行宇宙飞行和太空活动，这一研究属于宇宙医学的研究范围。人在微重力环境下的生存是首先提出的课题。人类在地球环境中的活动，锻炼了各种肌肉，在微重力环境中，大量的骨髓肌进入低活动的状态，长期的微重力会导致这些肌肉的萎缩。失重时，血液循环不需要克服地面的引力，因此心肌的负担减轻。从现有资料看，宇航员在空间生存期仅超过几个月，就开始出现肌肉萎缩的症状。人体本需要骨骼来克服重力以支撑人体的站立和运动，在失重条件下，骨骼的负担减轻，引起组成骨骼的重要成分钙的缺失。从美国和原苏联现有的研究结果看，宇航员在空间生活几周到两个月，尚不产生什么后果，但，如在空间长期生活一年左右，上述问题都会变得突出，当他们再返地面时，必须经过长时期的再适应过程。苏联宇航员尤里·罗曼年科在空间生活了300多天，返回地面时是自己步出飞船舱的。他能做到这点，是因为在宇宙飞船的舱中装有模拟地心引力的离心装置，在这种装置上他不断坚持运动锻炼，初步解决了较长期在微重力下生活的问题。

空间运动病几乎是所有宇航员都遭遇到的问题，它严重地影响他们充分利用有限的、宝贵的飞行时间从事各项研究。初步实验结果证明，空间运动病主要与前庭器官有关，目前还没有有效的防治办法来解决这一问题。

其次，研究生物学规律在空间中的变化。例如在微重力的条件下，从目前的报道来看，微生物的生长速度以数量级的差别增大，植物根部生长的向地性失去了方向，向各种方向随机生长，但是向日葵的头部依旧以24小时的节奏摆动，有些昆虫的生长发育和生殖能力在微重力条件下也有各种程度的变化。

再次，对宇宙射线的防护也是一个重要的研究内容。由于没有大气层的保护，各种宇宙射线将直接影响到进入太空的生物体，像太阳耀斑突发时引起的重离子辐射，也不是人造卫星或宇宙飞船防护层所能阻挡的。利用宇宙空间来筛选只有用空间辐射线才能引起的各种生物的突变材料，以培育新的作物，这也是空间辐射生物学的一个兴奋点。

另外，用X射线衍射法测定蛋白质的立体结构是分子生物学的重要研究技术。这个技术要求样品是足够大的蛋白质晶体，生长晶体是该项工作中最难的环节之一。在微重力条件下，干扰蛋白质单晶长大的因素（如结晶母液的对流，晶核的附壁等）基本消失，因而对晶体的长大有利。美国科学家已利用航天飞机在空间成功地生产了几个蛋白质单晶，并对其中个别的单晶测定了立体结构，这是空间基础生物科学的成就。

然后，空间生命科学的发展提出了建立空间产业的任务，不仅生物科学家，就是经济学家和政治学家都对此极感兴趣。空间药物生产将是一个可能最快进入商业阶段的重要领域。已经有一家西方公司投资几百万美元在研制一个重约4吨的“航天制药厂”，希望在近期内送入太空，而许多实验早已在航天飞船或航天飞机中进行。

空间制药主要是利用空间最主要的特征——微重力来制取一些在地面上难以制备和纯化、产值较高的、具有极显著经济效益的生物药物，如蛋白质类药物。在宇宙空间中，由于失重场不会产生由于物质密度差引起的上升和下降，也不存在热对流，因而对利用电泳技术（利用不同物质带有电荷不同，在电场中移动方向和速度也不同的原理，分离纯化某些难以分离的生物大分子的技术）进行混合物的分离和精制是大有益处的。1969年，美国航天航空总署着手研制了空间电泳装置，1975年，在阿波罗—联盟号联合飞行中进行了两组电泳试验，成功地进行了活细胞分离。淋巴细胞中的T-细胞和B-细胞在地面上难以分离，在该实验中分离却获得了成功。美国的“空间制药计划”利用自制的空间电泳装置进行了试验。1984年8月，“发现者”号航天飞机在第12次飞行时，麦道公司利用一台重达263千克的电泳装置进行了激素分离。苏联在“礼炮-6号”飞船上也进行了干扰素的纯化试验，在“礼炮-7号”上进行了人血清白蛋白和血红蛋白的分离实验。在“礼炮-7号”上进行的人参组织培养试验证明，人参在空间10天的生长量相当于地面30天的生长量。

结束语

在科学和技术日新月异发展的今天，空间生物学正以极快的速度在发展，经过数代人的努力，相信这一门充满着“？”的新兴学科将会为人类美好的明天描绘出绚丽的前景。从设想到雏形，再到完成体系，科学从来都是在“疑问——解决——再疑问——再解决”的循环中不断向前发展。科学正召唤一代有志青少年投身于新事业的开拓中去。科学等待着。