新2会员网址(www.22223388.com):NASA为何要送水熊虫、鱿鱼上国际空间站?

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SpaceX载有科学研究和手艺演示的第22劣货运补给义务,已于6月3日从位于佛罗里达州的美国航空航天局(NASA)肯尼迪航天中央(Kennedy Space Center)发射到国际空间站(International Space Station)。货运龙飞船(Dragon)上的实验包罗水熊虫(water bear)对太空环境的耐受力研究、太空中的微重力对共生关系是否存在影响,以及肾结石形成的剖析等。

这次补给义务的主要有用载荷包罗:

太空中的水熊虫

一只水熊虫的特写图像。细胞科学4号义务将漫步动物,即水熊虫,带到了国际空间站举行研究,目的是确定它们在高压力环境中介入顺应和生计的基因。

图片泉源:托马斯・布斯比,美国怀俄明大学

图片中不起眼的细小生物,却拥有超乎我们想象的生命力:地球上温度最低和最高的环境、干枯了几十年滴水不见的环境、强劲的太空辐射,面临这些水熊虫都毫无波涛。

这种看起来胖乎乎的八足动物,可能会成为战胜不能能的英雄。水熊虫是漫步动物(tardigrade)的别称,因其在显微镜下的外观和在水中的常见栖息地而得名,具有在极为恶劣的条件下也能生计的超能力。这让它们成为了研究地球和太空极端条件下生物生计的模式生物。此外,研究职员对其中一种漫步动物Hypsibius exemplaris的基因组举行了测序,生长出了丈量差异环境条件对漫步动物基因表达影响方式的方式。

领会它们是若何忍受极端环境的,好比宇航员会在太空中履历的微重力和高水平辐射,可以让我们更好地研究珍爱人类免受耐久太空旅行压力影响的方案。在国际空间站上,一项名为细胞科学4号(Cell Science-04)的实验将有助于展现漫步动物是若何做到这一点的。

这些研究效果可以辅助我们更好地明白太空中压力因素对人类影响,为相关的对策制订提供支持。“对于包罗人类在内的生物来说,我们已经演化得足够顺应地球上的生涯环境,但太空航行仍是一件异常具有挑战性的事情,”美国怀俄明大学(University of Wyoming)的助理教授、该实验的首席研究员托马斯・布斯比(Thomas Boothby)说道,“我们真正想知道的是,漫步动物是若何在这样的环境中生计和滋生的,它们在到达太空时使用了什么样的‘技巧’来生计,随着时间的推移它们的后裔又使用了哪些技巧,这些技巧是相同的照样在一代一代发生转变?以及我们是否可以学习它们的技巧,加以调整来珍爱太空中的宇航员。”

在漫步动物的生计技巧中,其中一个可能是发生更多的抗氧化剂,来匹敌因太空辐射增添而引起的对身体有害的转变。

“我们已经考察到了在面临地球上辐射时它们会做出这种反映,”布斯比说,“我们以为漫步动物为了抵御地球上的极端环境而演化出的应对方式,可能也是珍爱它们免受太空航行压力的缘故原由。”

研究团队将研究在太空中漫步动物的基因会发生什么转变,领会哪些基因的表达和静默是针对短期和耐久太空航行的,这将有助于研究职员确定漫步动物在这种压力环境中生计的详细方式。例如,若是它们的其中一个解决方案是调高抗氧化剂的天生,那么介入这一历程的基因就应该会受到影响。

查明有哪些基因也会被其他的环境压力激活或静默,将有助于判别出只对太空航行做出反映的基因。细胞科学4号实验将在后续测试出,这其中有哪些基因是漫步动物在这种高压力环境中顺应和生计所真正需要的。

来自空间站实验的数据,也将为基于地球的研究提供对照,后者更常见成本也更低,在模拟的太空航行条件下研究漫步动物的反映。而空间站中的实验将告诉研究职员,这些地面模拟条件与现实太空航行的相似水平事实若何。

细胞科学4号实验的小小英雄们并非第一批和宇航员一起踏足太空的漫步动物,此前已有空间站外实验证实,纵然是处在太空的真空环境中它们也能存活下来。这一次,NASA位于加利福尼亚硅谷的艾姆斯研究中央(Ames Research Center)为空间站开发并制作了一个特殊的科学器件,让水熊虫们可以在其中生计滋生,艾姆斯研究中央同时也认真治理这项义务。这个特殊的科学器件名为“活体培育系统”(Bioculture System),行使它在太空中培育细胞、组织和细小的动物,科学家能够举行实时、远程的监控,更好地控制调整它们在培育系统中的生长条件,完成特殊的耐久研究。

从久远来看,若是能弄清漫步动物生计弹性云云之大的缘故原由,我们或许就能珍爱生物质料(例如食物和药物)免受极端温度、干燥和辐射露出的影响,对于耐久的深空探索义务来说,这将是异常主要而名贵的。小小的水熊虫,或许能给我们带来极大的可能性。

微重力环境下的共生鱿鱼和微生物

幼年鱿鱼特写图像。这些未成熟的夏威夷短尾鱿鱼是UMAMI实验的一部门,该实验旨在观察太空是否会改变鱿鱼与费氏弧菌之间的共生关系。

图片泉源:杰米S.福斯特,美国佛罗里达大学(University of Florida)

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“领会微重力对动物-微生物相互作用的影响”实验(Understanding of Microgravity on Animal-Microbe Interactions,UMAMI)研究了太空航行对有益微生物与其动物宿主之间分子和化学相互作用的影响。微生物在动物组织的正常发育和维持人类康健方面施展着主要作用,“动物,包罗人类在内,都依赖着与我们同在的微生物来维持康健的消化系统和免疫系统,”UMAMI的首席研究员杰米・福斯特(Jamie Foster)说道,“我们并不完全领会太空航行对这些有益相互作用有着何种改变。UMAMI实验使用夜光短尾鱿鱼(bobtail squid)来研究这些动物康健相关的主要问题。”

夏威夷短尾鱿鱼(Euprymna scolopes)是一种常见的动物模子,用于研究两个物种之间的共生关系。这项观察有助于确定太空航行是否会改变生物间的互利关系,为相关珍爱措施缓和解措施的制订提供支持,用于辅助宇航员在耐久太空义务中维持康健。这项事情另有助于我们更好地领会动物与有益微生物之间庞大的相互作用,包罗微生物用在动物的组织间举行流传的新途径。这些知识有助于确定珍爱和增强这些关系的方式,以改善地球上的人类康健和福祉。

现场超声手艺

手艺演示“Butterfly iQ Ultrasound”展示了微重力环境下便携式超声波与移动盘算装备的连系使用。这项演示网络了空间站在站职员对超声图像操作上的难易性和图像质量的反馈,包罗图像的采集、显示和存储。

“对于未来近地轨道以外的探索义务,宇航员无法即时获取来自地面的支持,这种商业现成手艺就能施展作用,提供主要的医疗能力。”Butterfly iQ手艺演示的整合司理卡丹巴里・苏里(Kadambari Suri)说道,“这项手艺演示还检验了机组职员自主使用该装备时即时指令的有用性。”除此之外,该手艺还具有应用于地球的潜在价值,例如偏远区域和伶仃环境中的医疗保健。

开发更好的机械驾驶员

Pilote是欧洲空间局(European Space Agency,ESA)和法国国家空间中央(Centre National d'Etudes Spatiales,CNES)的一项实验,它使用基于触觉或模拟触摸和运动的虚拟现实与界面,来测试机械臂和航天器远程操作的有用性。控制机械臂和航天器的人体工程学测试必须在微重力下举行,由于地球上的测试在设计上所使用的人体工程学原理并不适用于在轨航天器上的条件。Pilote对现有的手艺和新手艺举行了对照,包罗最近为遥控操作所研发的手艺,以及用于驾驶加拿大机械臂-2(Canadarm2)和同盟号(Soyuz)飞船的其他手艺。除此之外,这项实验还对比了宇航员在地面和耐久太空义务中的显示。实验效果可以辅助优化空间站上事情站,以及未来用于月球和火星义务的航天器的人体工程学设计。

在太空中和地球上,珍爱肾脏

在航天航行历程中,一部门机组成员对肾结石的易感性会有所上升,这可能会对他们的康健和义务执行发生负面影响。肾细胞2号实验(Kidney Cells-02)使用3D肾细胞模子(或组织芯片),来研究微重力对可导致肾结石的微晶形成有何影响。肾细胞2号实验是太空组织芯片设计(Tissue Chips in Space)的一部门,该设计由国际空间站美国国家实验室(ISS U.S. National Laboratory)与美国国立卫生研究院(National Institutes of Health,NIH)的国家转化科学促进中央(National Center for Advancing Translational Sciences,NCATS)互助执行,目的是剖析微重力对人类康健的影响,并将其转化为地球上的医疗改善。这项实验或许能展现肾脏疾病生长和希望的要害途径,为宇航员和地球上患病率高达10%的肾结石患者提供治疗和预防肾结石的疗法。

“通过这项研究,我们希望能确定肾结石形成历程中发生细胞转变的生物标志物或‘特征’,”首席研究员艾德・凯利(Ed Kelly)说道,“这或许能知道我们生长出新的治疗干预措施。在空间站举行这项研究的基本原理是,微晶的行为方式类似于我们人体肾脏中的情形,这意味着它们会悬浮在肾脏芯片管中,不会像在地球上的实验室中那样沉到底部。”

生发生命力更顽强的棉花

为改良棉花在轨培育实验准备的棉花幼苗。改良棉花在轨培育实验研究的是在幼苗确立的要害阶段,根系结构对植物的恢复力、水分行使效率和固碳能力有何影响。

图片泉源:西蒙・吉尔罗伊,威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison)

过表达某种基因的棉花植物,会显示出对干旱等胁迫因素更强的抗性,在特定胁迫条件下,相比没有这一特征的植株,过表达这种基因的棉花纤维产量会凌驾20%。研究职员现在以为这种抗逆性与强化后的根系系统有关,强化的根系系统可以行使更大要积的土壤获取水和养分。改良棉花在轨培育(Targeting Improved Cotton Through On-orbit Cultivation,TICTOC)实验研究的是在幼苗确立的要害阶段,根系结构对植物的恢复力、水分行使效率和固碳能力有何影响。根系生长模式与重力亲热相关,TICTOC可以辅助确定在没有重力的情形下,哪些环境因素和基因调控着根系的发育。

棉花应用于各种一样平常消费品中,从衣服到床单再到咖啡滤纸,但棉花的生产会涉及到大量用水和农业化学品。“我们希望借此展现棉花根系形成的特征,让育种职员和科学家可以针对这些特征来改善棉花植株的莳植特征,例如抗旱性或养分吸收,这两大特征都是现代农业中环境影响的要害因素。”实验的首席研究员西蒙・吉尔罗伊(Simon Gilroy)说。提高对棉花根系和相关基因表达的明白,可以促进更结实的棉花植株的研发,同时削减水和农药的使用。

分外的能量泉源

空间站在地球上空航行的图像。这张图显示了六个iROSA太阳能电池阵列的设计设置,目的是为国际空间站增强电力

图片泉源:NASA/约翰逊航天中央(Johnson Space Center)/波音公司

新的太阳能电池板也被送往了空间站,增添用于研究和其他空间站内流动的能源。国际空间站转动打开柔性太阳能阵列板(ISS Roll-out Solar Array,iROSA)由紧凑型的面板所组成,基于此前在空间站演示过的手艺,可以像睁开长地毯一样转动打开。第65远征队(Expedition 65)队员设计在今年炎天,最先准备用六个新阵列中的其中之二来弥补空间站现有的刚性面板。

参考泉源:

[1]https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/spacex-22-research-highlights

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     发布于 2021-07-22 00:14:01  回复
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