如果一年的空間站生活讓基因改變了7%，那么他會(huì)是另一種未知生物。
（錦衣Reload/譯，vicko238、Ent/校）在國際空間站生活的一年里，NASA宇航員斯科特·凱利（Scott Kelly）并沒有變異成基因怪物。
不過在本月里里你可能已經(jīng)有了這種印象，因?yàn)樵S多媒體都錯(cuò)誤地報(bào)道了這位宇航員在國際空間站度過一年后基因變化了7%的消息。
圖片來源：網(wǎng)絡(luò)截圖
凱利本人發(fā)送了一條詼諧的推特，讓局面更加混亂：
什么？我的DNA變了7%！還有這種超展開？我剛從這篇文章里知道。這可以算作好消息！我不需要再說 @ ShuttleCDRKelly 是我的同卵雙胞胎了。
—— 斯科特·凱利（@StationCDRKelly）
就如許多人已經(jīng)指出的那樣，這樣的解讀是完全錯(cuò)誤的。凱利的遺傳編碼——組成他DNA的成千上萬組堿基對(duì)——沒有改變。在這項(xiàng)關(guān)于凱利的長期研究中，NASA分享的（措辭上讓人迷惑的）初步證據(jù)，其實(shí)是指凱利在太空中和返回時(shí)，他的基因使用方式發(fā)生了變化。
這件事是一次徹底的新聞失誤，起因就是NASA那篇被誤讀的新聞稿。（在因措辭造成混亂后，NASA于3月15日修改了新聞稿，強(qiáng)調(diào)凱利的DNA沒有發(fā)生根本性變化。）但是這起鬧劇也說明我們需要對(duì)這件事做出更多解釋，從“為什么一開始NASA會(huì)對(duì)凱利的基因感興趣”到“DNA的基因表達(dá)是如何作用的”?，F(xiàn)在就讓我們來說明吧！
斯科特·凱利和俄羅斯宇航員米哈伊爾·科爾尼延科（Mikhail Kornienko）在2015至2016年間在國際太空站度過了340天，是人類在單次太空任務(wù)中的最長停留記錄。
NASA前宇航員斯科特·凱利，現(xiàn)已退休。圖片來源：Wikipedia
但是凱利和科爾尼延科飛上太空并不僅僅是為了打破記錄。這次任務(wù)的長度為日后登錄火星等其他長期任務(wù)提供了重要測(cè)試。一次前往火星的旅途需要幾個(gè)月到一年，NASA很好奇在太空中停留這么長時(shí)間會(huì)對(duì)人造成何種損害。
NASA和它的國際伙伴通常會(huì)讓宇航員在國際空間站執(zhí)行六個(gè)月的任務(wù)。但是只呆六個(gè)月也會(huì)對(duì)宇航員造成一些負(fù)面影響。
宇航員在執(zhí)行任務(wù)的時(shí)候通常會(huì)報(bào)告視力衰退，而且在返回地球后也沒有立即恢復(fù)正常。骨骼可以在微重力的情況下變得脆弱。肌肉會(huì)萎縮。在太空中也更難入睡?？茖W(xué)家還擔(dān)心更長時(shí)間的任務(wù)會(huì)對(duì)人體生理造成更嚴(yán)重的影響，從改變腸道中的益生菌水平到降低免疫系統(tǒng)的能力。
NASA將會(huì)對(duì)比凱利和其他執(zhí)行了較短太空任務(wù)的宇航員的身體。研究的根本問題是：是不是在太空中的時(shí)間越長，對(duì)身體的損害就越大？
作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象，斯科特·凱利有點(diǎn)特殊性。也許你已經(jīng)聽說過，他有一個(gè)同卵雙胞胎兄弟叫馬克·凱利（Mark Kelly）。馬克也是一名宇航員。
這對(duì)雙胞胎一起去了NASA，指出既然他倆既然有相同的DNA，那么馬克·凱利也許能為實(shí)驗(yàn)提供有趣的對(duì)照。NASA喜歡這個(gè)主意，于是公開征集外部研究者來提交如何研究凱利兄弟區(qū)別的提案。
最后，NASA的這個(gè)命名為“雙胞胎實(shí)驗(yàn)”的項(xiàng)目總計(jì)收獲了10個(gè)研究項(xiàng)目，內(nèi)容從研究凱利兄弟的認(rèn)知能力到通過他們基因表達(dá)的變化去找代謝變化的征兆。
馬克（左）與斯科特（右）。圖片來源：extremetech
實(shí)驗(yàn)的控制做得不算完美（后面部分會(huì)有更多解釋），但是因?yàn)檠芯空哂袃蓚€(gè)雙胞胎在多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，所以可以進(jìn)行比較。如果在這段時(shí)間里，斯科特與馬克在任何一項(xiàng)測(cè)試中的水平相差太大，那也許就可以把這種變化歸咎于斯科特在太空中停留的時(shí)間。
現(xiàn)在來講講事情是如何失去控制的。2018年1月31日，NASA在發(fā)布的新聞稿寫道：
“研究者現(xiàn)在知道斯科特93%的基因在返回地球后恢復(fù)了正常。然而，剩下的7%可能導(dǎo)致與免疫系統(tǒng)、DNA修復(fù)、骨骼形成網(wǎng)絡(luò)、低氧以及高碳血酸癥相關(guān)基因的長期變化。”
這篇新聞稿在一月發(fā)出時(shí)吸引了一定的關(guān)注。NASA沒有提到最終研究的結(jié)果（預(yù)計(jì)在今年晚些時(shí)候放出）。這更像是一個(gè)提醒：嘿，我們還在做這項(xiàng)研究呢。
如《大西洋月刊》所說，在三月中旬，一些媒體“因?yàn)樯胁磺宄脑颉倍⑸狭诉@篇新聞稿。
舉個(gè)例子，《新聞周刊》的頭條是“斯科特·凱利：NASA雙胞胎實(shí)驗(yàn)確認(rèn)宇航員的DNA在太空中會(huì)發(fā)生變化”?！吧羁茖W(xué)”網(wǎng)站（Live Science）發(fā)布了一篇類似的文章，但隨后令人敬佩地承認(rèn)了錯(cuò)誤：“關(guān)于斯科特·凱利太空基因的故事，我們完全搞錯(cuò)了。”
這篇新聞稿被大肆誤報(bào)的部分原因是NASA沒有解釋“基因變化”的含義。斯科特·凱利的DNA并沒有改變。如果你的DNA改變了7％，你將不再是一個(gè)人類。人類和黑猩猩擁有98.8％相同遺傳編碼。如果你7％的基因發(fā)生了變化，誰知道你會(huì)變成什么。NASA還在報(bào)道中說這種基因變化發(fā)生在一個(gè)“太空基因”中，這也造成了誤解。事實(shí)上，NASA所說的“太空基因”僅僅是指在太空旅行中有可能受到影響的基因。
斯科特·凱利仍然是一個(gè)人類。而且他還是馬克·凱利的雙胞胎，他們有著一樣的DNA。那么，是什么改變了呢？
人類有約20000個(gè)基因，分布在23對(duì)染色體之中。你身體內(nèi)的每個(gè)細(xì)胞都有這些基因的全套。盡管如此，我們的細(xì)胞是不一樣的——比如，神經(jīng)細(xì)胞跟胃壁細(xì)胞一點(diǎn)都不相似。它們的功能也大不相同：一個(gè)是在神經(jīng)系統(tǒng)里傳遞電信號(hào)和化學(xué)信號(hào)的，另一個(gè)則釋放胃酸幫助人類消化食物。
這些功能差異不是因?yàn)镈NA的不同，而是由于它們表達(dá)的不同。復(fù)雜的化學(xué)路徑以及反饋環(huán)路會(huì)讓一些特定基因打開或關(guān)閉。每個(gè)基因會(huì)編碼蛋白質(zhì)（人體內(nèi)的一個(gè)構(gòu)建塊），根據(jù)基因的開閉狀態(tài)，建造出不同的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不同的反應(yīng)。
基因表達(dá)如果發(fā)生了微妙變化，也不會(huì)讓你的神經(jīng)元變成血細(xì)胞，但是它可以改變細(xì)胞的工作狀態(tài)?；虮磉_(dá)的變化可以導(dǎo)致細(xì)胞癌變，或者引出一連串事件導(dǎo)致心臟病患病率增大。
確定基因表達(dá)的變化有幾種不同的方法。一種是查看RNA的水平，這個(gè)信號(hào)分子幫助基因執(zhí)行并創(chuàng)建它編碼的蛋白質(zhì)。另一種方法是查看甲基化水平。甲基化是指DNA分子被一種化學(xué)物質(zhì)標(biāo)記。正如《自然》解釋的一樣，這種化學(xué)物質(zhì)可以讓基因的一部分無法開啟。
NASA表示基因表達(dá)的變化與“斯科特·凱利的免疫系統(tǒng)、DNA修復(fù)、骨骼構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)、缺氧以及高碳酸血癥有關(guān)”。這段話說的太簡略了，所以我們必須等待最后的論文才能更好地評(píng)估這些發(fā)現(xiàn)。NASA更新了新聞稿，聲明凱利7%的基因表達(dá)變化是“非常小”的，而且很可能處于“人類承受壓力時(shí)——比如登山或潛水——發(fā)生變化的正常范圍之內(nèi)?！?/p>
雙胞胎研究還涉及對(duì)凱利端粒變化的研究。端粒是染色體上像帽子一樣的DNA序列。端粒長度的變化是衡量細(xì)胞健康的一個(gè)粗略標(biāo)準(zhǔn)。隨著年齡的增長，端粒往往會(huì)變短。但古怪的是，NASA的報(bào)告說凱利的端粒在太空中變長了。這是我們?cè)谧罱K論文發(fā)表時(shí)要更仔細(xì)評(píng)估的另一件事情。
總的來說，現(xiàn)在很難知道是太空飛行的哪些方面導(dǎo)致了這些改變（如果這些改變是真實(shí)的）。
原因是：基因一直在打開、關(guān)閉，而“基本上所有事物”都可以影響開閉，明尼蘇達(dá)大學(xué)的遺傳學(xué)研究員蘭·貝克曼（Ran Blekhman）說。壓力、飲食、接觸病原體、肢體活動(dòng)，甚至孤獨(dú)都可能會(huì)調(diào)整基因開啟和關(guān)閉的方式。許多基因還會(huì)以晝夜節(jié)律運(yùn)行，這意味著它們以24小時(shí)為周期循環(huán)開閉。甚至有一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)冥想改變了基因表達(dá)。
所有這些干擾，都讓辨別基因表達(dá)中有意義的變化（比如讓癌細(xì)胞和健康細(xì)胞產(chǎn)生差異的變化）和找出造成這些變化的根本原因變得非常困難。
如果基因表達(dá)出現(xiàn)變化，那也很難說是太空旅行的哪一個(gè)因素導(dǎo)致的。這些變化可以被歸咎為生活在微重力的環(huán)境下、缺乏運(yùn)動(dòng)、睡眠質(zhì)量差或是吃冷凍干燥的食物。同時(shí)，也有隨機(jī)變化的可能。
安迪·費(fèi)因伯格（Andy Feinberg）是約翰斯霍普金斯大學(xué)的一名分子生物學(xué)家。他參與了凱利雙胞胎實(shí)驗(yàn)，任務(wù)是研究雙胞胎基因的甲基化。（新聞稿和他的研究無關(guān)，涉及的是另一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果。）
他說，計(jì)劃是要所有參與雙胞胎計(jì)劃的研究者起草一份學(xué)術(shù)論文，讓同行進(jìn)行審議，然后希望有學(xué)術(shù)期刊能接收這篇論文。
費(fèi)因伯格告誡說，在雙胞胎研究中進(jìn)行基因檢測(cè)，目的不是得出太空對(duì)我們基因有何影響的最終結(jié)論。你永遠(yuǎn)沒法靠單個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象和單個(gè)對(duì)照樣本做到這一點(diǎn)。“你可以據(jù)此建立一個(gè)假設(shè)，但你無法證明任何事情?！彼f。
以及總體來說，研究者不光在關(guān)注基因。他們還關(guān)注認(rèn)知功能、免疫功能、新陳代謝以及生命體征的檢測(cè)。通過全部研究得來的數(shù)據(jù)，可能會(huì)得到關(guān)于太空如何影響健康這一復(fù)雜問題的線索，以及要依靠未來任務(wù)進(jìn)行驗(yàn)證的假設(shè)。
費(fèi)因伯格說，有一件被低估但也許更加重要的事情：這個(gè)雙胞胎實(shí)驗(yàn)是科學(xué)家改進(jìn)宇航員生理測(cè)試實(shí)施方法的一種途徑。比如說，費(fèi)因伯格說他和同事花了一些時(shí)間在“嘔吐彗星”上?！皣I吐彗星”是NASA的模仿零重力環(huán)境建造的飛機(jī)，所以對(duì)于從宇航員身上抽取血液樣本這件事，他們可以建立嚴(yán)密的取樣流程。
“僅僅搞清楚如何做這些事本身就很重要?！辟M(fèi)因伯格說。即使結(jié)果僅僅能提供一個(gè)可以在未來檢測(cè)的理論，那也足夠了。他說，讓人類為星際旅行做好準(zhǔn)備是幾代人的工作。這項(xiàng)研究僅僅邁向未來的一小步。
所以，科學(xué)家也許不會(huì)從斯科特和馬克·凱利身上知道太空能對(duì)我們的基因造成多大影響。但是他們會(huì)更清楚，如何在未來回答這個(gè)問題。（編輯：vicko238）
題圖來源：extremetech
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