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2025年10月31日23時44分，長征二號F遙二十一運載火箭托舉著神舟二十一號載人飛船從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心順利升空，11月1日3時22分，飛船與天宮空間站成功對接。隨神舟二十一號航天員乘組一道入駐空間站的還有4只小鼠，它們在參與“空間動物品系篩選與飼養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)驗證”實驗后，由神舟二十號航天員乘組帶回地球。
在人類探索外層空間的歷程中，其實已有不少地球生靈躋身其間。那么，這些“動物航天員”對航天事業(yè)作出過哪些貢獻？今后還將實現(xiàn)哪些目標？
神舟二十號、神舟二十一號航天員乘組“太空會師”（視頻截圖）。
神舟二十一號搭載小鼠“航天員”
與神舟二十一號航天員乘組同行的4只小鼠包括雌性、雄性各2只，它們是經(jīng)過60多天的篩選與訓練，從大約300只小鼠中脫穎而出的。為確保這次空間科學實驗的順利進行，對小鼠“航天員”的考核內(nèi)容相當全面，覆蓋了生理指標、運動能力、空間識別能力、記憶能力、繁殖能力等多方面。
小鼠首先要通過體能測試。在一臺轉(zhuǎn)棒式疲勞儀上，每組的6只小鼠要在旋轉(zhuǎn)滾輪上不停跑動，不讓自己掉下來，堅持時間最久的小鼠才能晉級下一輪角逐。在接下來的抗眩暈?zāi)芰y試中，小鼠要在一個高速旋轉(zhuǎn)的容器內(nèi)經(jīng)歷各個方向的持續(xù)轉(zhuǎn)動，考驗它們的前庭功能，優(yōu)勝者將更適應(yīng)發(fā)射時的超重狀態(tài)和太空生活期間的失重狀態(tài)。小鼠還要通過“平衡木”和“闖迷宮”等測試環(huán)節(jié)，考驗運動協(xié)調(diào)能力和記憶能力，確保它們能在空間環(huán)境中找到食物。
在去往空間站的途中，4只小鼠被放在特制的上行生保支持裝置內(nèi)，并安置在神舟二十一號載人飛船的貨物軟包里，幫助它們在發(fā)射期間盡量減震。上行生保支持裝置是專門為小鼠設(shè)計的小艙位，外觀是帶有透明觀察窗的金屬盒子，內(nèi)部除了飲食供應(yīng)、排泄物收集等設(shè)備以外，還有專為小鼠的穴居習慣設(shè)計的躲避空間，這在發(fā)射及返回期間可以幫助它們緩解因較大震動和噪聲造成的應(yīng)激反應(yīng)。
小鼠進入空間站之后，即從上行生保支持裝置轉(zhuǎn)移到飼養(yǎng)裝置。飼養(yǎng)裝置可以提供更好的生活環(huán)境，并且具有視頻監(jiān)測功能。在飼養(yǎng)過程中，地面的監(jiān)控人員可以實時看到小鼠，觀察它們的生活狀態(tài)與空間行為，研究失重、密閉等空間條件對小鼠行為模式的影響，從而掌握空間小型哺乳動物飼養(yǎng)與觀測技術(shù)，初步探究小鼠對空間環(huán)境的響應(yīng)與適應(yīng)規(guī)律。這也是我國首次在天宮空間站開展小鼠科學實驗，將為未來深入開展哺乳動物空間生命科學研究奠定良好基礎(chǔ)。
開展空間生命科學研究，需要構(gòu)建從分子、細胞到組織、器官，乃至動物個體的多層次研究體系。小鼠因具有與人類基因同源性高、體型小、繁殖周期短等優(yōu)勢，成為開展生命體空間生理、病理及生長發(fā)育和繁殖研究的重要模型。
不過，小鼠并不是神舟飛船帶上天的首批“動物航天員”。比如，神舟二十號曾攜帶一批渦蟲開展空間再生實驗，主要研究在空間微重力和輻射環(huán)境下，渦蟲再生的特征變化以及參與調(diào)控的可能分子機制，以期找到一些特征性分子來干預航天員長期駐軌造成的損傷和支撐修復。在此之前，還有神舟八號、十號、十五號、十六號的秀麗隱桿線蟲，神舟十八號、二十號的斑馬魚和神舟十九號的果蠅。
“入住”天宮空間站的小鼠狀態(tài)良好（視頻截圖）。
動物“上天”為人類太空基本生存開路
在人類探索太空的進程中，狗、鼠、猴、黑猩猩、貓、兔、雞、龜、壁虎、蠑螈、蛙、魚、蜘蛛、蠶、蠅、渦蟲、線蟲、水熊蟲等多種陸生或水生動物都曾去過太空，為航天事業(yè)作出過重要貢獻。
首次進入太空的動物是一群黑腹果蠅。1947年2月，它們隨美國發(fā)射的V-2火箭升空，一直抵達距地109公里處（100公里以上就是太空），而后乘降落傘返回，并全部存活下來。這次發(fā)射是為了初步研究宇宙射線在外層空間對機體的影響。黑腹果蠅除了身體輕小利于發(fā)射之外，還有生物學上的重要優(yōu)勢——只有4對染色體，非常容易研究。當時，黑腹果蠅已是基因研究的模式生物，從事這項研究再合適不過。
1949年6月，美國一只取名為“阿爾伯特二世”的獼猴同樣乘坐V-2火箭進入太空，上升到137公里的高度，成為世界上首位靈長目航天員。不過遺憾的事有兩件：一是V-2火箭不足以加速到第一宇宙速度進行環(huán)球飛行；二是因降落傘故障，獼猴在返回地面時喪生。1957年11月3日，小狗“萊卡”隨蘇聯(lián)的斯普特尼克2號升空，成為首位環(huán)繞地球運行的“動物航天員”。在萊卡上天之前，科學家已經(jīng)知道受限于當時的航天技術(shù)，這是一趟有去無回的單程旅途，所以為萊卡準備了用于安樂死的食物。但是，當飛到第4圈時，萊卡就死于溫控系統(tǒng)故障造成的艙內(nèi)過熱，飛船載著它的遺體環(huán)繞地球運行2570圈后，再入大氣層并燒毀。
1961年1月，黑猩猩哈姆搭乘美國的水星-紅石2號進入太空（未環(huán)繞地球），成了第一個人科航天員。憑借著人科動物的聰明才智，它出色地完成了許多指令。通過扳動指令對應(yīng)的拉桿（扳對吃香蕉），哈姆成功證明了在太空中不但能存活，還能保持意識清醒，主動執(zhí)行任務(wù)，這是人類開展空間探索的基礎(chǔ)。同年11月，另一只黑猩猩伊諾斯圍繞地球飛了2圈并平安返回，在判分系統(tǒng)出現(xiàn)故障的不利條件下，同樣出色地完成了與哈姆一樣的任務(wù)。
中國的載人航天事業(yè)起步較晚，所以沒怎么用到實驗動物探路，但好處是可以一步到位，直接使用新科技。在2003年10月楊利偉乘神舟五號升空之前，神舟三號、四號搭載的都是模擬人，足以評測航天員全程所處的環(huán)境和可能發(fā)生的各種事件。實際上，早在載人航天工程啟動之前，中國就曾將動物送入太空——1990年10月發(fā)射的返回式生物衛(wèi)星搭載了一批豚鼠和植物，8天后成功回收，當時研究的不是存活問題（因為早已知道這不是問題），而是有關(guān)太空環(huán)境和長久生活的問題。
2025年10月31日，搭載神舟二十一號載人飛船的長征二號F遙二十一運載火箭點火發(fā)射。制圖/吳千千
長期駐留需要生物天地對照實驗
要說太空和地球環(huán)境有何不同，基本上就是兩點：微重力和高輻射。人的骨密度和肌肉量是為了抵抗重力，長期在微重力環(huán)境中生活可能導致骨質(zhì)疏松、肌肉萎縮。來自星際空間和太陽的射線是更大的風險，雖然天宮空間站運行在范·艾倫帶（環(huán)繞地球的高能粒子輻射帶）下方，盡可能地降低了輻射量，但航天員罹患癌癥的風險恐怕還是要高于常人。
不過，風險有多高？在太空生活多久會面臨風險？如果要去往更遠的地方，如月球基地或火星又將遭遇什么樣的生存考驗？這些都需要“動物航天員”協(xié)助研究。
1968年9月，蘇聯(lián)的探測器5號去月球背后繞了一下，又返回地球。其乘組包括2只四爪陸龜和一些酪蠅、黃粉蟲、植物、種子、細菌及其他生物。在7天的旅程中，大家都活得挺好，盡管陸龜?shù)捏w重輕了10%，但依舊活躍，胃口也不錯。1970年11月，軌道蛙耳石航天器攜帶2只牛蛙一飛沖天，這次任務(wù)配備了旋轉(zhuǎn)式重力模擬系統(tǒng)，可在有重力和微重力之間來回切換，用于研究長期微重力環(huán)境的作用。1972年12月發(fā)射的阿波羅17號載有5只纖小囊鼠，它們的頭皮下植有輻射監(jiān)測器，以研究宇宙射線的影響。國際空間站里還有一個水族箱，配有飼喂系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)和模擬晝夜的LED燈，用魚類來研究骨質(zhì)疏松和肌肉退化的問題。
挑選哪些生物上天，是有規(guī)律可循的?！皠游锖教靻T”的選擇與實際任務(wù)的目標要有關(guān)聯(lián)性。在最初的生存測試階段，選的動物是那些比較容易訓練、與人類相似或者獸醫(yī)比較熟悉的，便于判斷傷病乃至死因。而對于為期較長的生存測試，就要用到耐力超級強、能夠忍饑挨餓的動物。不僅如此，它們還要易于理解、便于觀測，比如秀麗隱桿線蟲不但細胞個數(shù)固定確知，就連每個細胞的分化順序都已被研究得清清楚楚。斑馬魚和隨神舟十九號上天的果蠅也都是遺傳科學的重要模式物種，基因組已全部完成測序。其中，斑馬魚身體透明，便于觀察，并且生命周期很短，能在短時間內(nèi)觀測好幾代。
研究長期太空任務(wù)時，往往會在地面上留有同種動物的對照組，雙方吃相同的食物，身處相同的光照和環(huán)境溫度，以此得到更可靠的科學數(shù)據(jù)。比如，為了確保從同一條起跑線出發(fā)，此次神舟二十一號攜帶的這批小鼠不是大家更熟悉的小白鼠，而是屬于近交系的黑色小鼠，它們的基因差異極小，訓練篩選前后和發(fā)射前后得到的實驗數(shù)據(jù)都有可比性。當然，參與這類對照研究的也有過人類雙胞胎：斯科特·凱利在2015年至2016年住在國際空間站上，而他的兄弟馬克·凱利則留在地球作為對照組。
“動物航天員”能為星際旅行做什么
如前文所說，派動物去太空的動機起初就是替人類探路，看看在地球周邊的外層空間能否生存；這一關(guān)過了，就要看能否活得長久，以便駐留空間站或去往更遙遠的深空；再往后，還要研究繁衍問題，探討星際旅行的可行性。隨著科學技術(shù)的進步，人們對太空探路的需求逐漸減少?，F(xiàn)在，除了研究人類在太空中長期生活和醫(yī)療的問題之外，利用“動物航天員”主要是研究地球生命本身，進一步探討宇宙中生命形式和演化過程的深層意義。
事實上，一切都是生存問題：從當下的生存問題，到長期生存問題，再到種群生存問題。
在太空中，宇宙射線對生殖細胞的危害顯而易見，微重力的影響則較為隱蔽。受精卵發(fā)育時能否分出動物極和植物極？蛇卵、鳥卵和外界的氣體交換能否暢通？哺乳動物的受精卵能否順利著床？這些問題都事關(guān)目標更遠大的未來星際旅行。
1989年3月，作為一項科教實驗，32只雞胚胎隨美國發(fā)現(xiàn)號航天飛機前往太空，以研究胚胎在微重力中的發(fā)育（最后孵出不少）。1994年11月和1995年7月，兩組懷孕的褐家鼠分別乘美國亞特蘭蒂斯號和發(fā)現(xiàn)號航天飛機到太空兜了一圈，回來后產(chǎn)下體重正常的幼崽，這表明胎兒置身太空環(huán)境，在懷孕后期仍能正常發(fā)育。2021年8月，日本山梨大學研究人員從懷孕小鼠身上提取了處于早期雙細胞階段的胚胎，送往國際空間站發(fā)育了4天。2023年10月發(fā)表的研究報告顯示，這些胚胎沒有出現(xiàn)輻射后的DNA損傷，并在微重力環(huán)境中表現(xiàn)出正常的結(jié)構(gòu)發(fā)育，分化出了胎兒和胎盤兩組細胞。
目前，還沒有哺乳動物在太空中從受精到分娩的全流程記錄，也不清楚剛出生的幼崽在太空中有沒有生存困難。所以，神舟二十一號4只小鼠實驗的后續(xù)任務(wù)非常值得期待。
在探索太空的征途中，認識到生命的頑強是人們最大的收獲，盡管這種認識有時來自意外的悲劇。2003年2月，美國哥倫比亞號航天飛機完成STS-107任務(wù)，返航時不幸解體，7名航天員罹難。在事后搜集到的殘骸中有一個加固過的儲物柜，人們在柜中的培養(yǎng)皿里意外地發(fā)現(xiàn)了幾百條微小的秀麗隱桿線蟲。由于這種生物的生命周期只有兩三周，因此它們從浩劫之日算起，早已繁殖四五代了。在2007年的光子-M3任務(wù)中，歐洲空間局將幾組水熊蟲送入太空，第一組直接暴露在真空中，其他兩組還要承受不同劑量的太陽輻射。然而，等這些小家伙重新補水后，第一組直接滿血復活，后兩組也有3只成功復蘇，頑強的生命力令人驚嘆。人們認為，到了太陽變成紅巨星那天，或許水熊蟲還能活到最后。
從這些頑強、堅忍的小生命身上，天體生物學家認識到，生命或生命物質(zhì)也許有希望、有能力橫渡茫茫太空，從一個星球去往另一個星球。同時，結(jié)合對隕石、太陽系其他天體以及系外行星的研究探測，“動物航天員”已為生命的起源演化打開了更廣泛的思路。
（雷淼 作者為中國科普作家協(xié)會會員）
責任編輯：魏敏
