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微生物科普：微生物對人類航天領域的影響以及人類的應對之策
微生物科普：微生物對人類航天領域的影響以及人類的應對之策
病毒是地球上最古老的“活化石”，病毒本身並不是完整的生命體，自身不具備傳遞遺傳物質的能力，需要通過寄生在宿主細胞內完成自我複製才能繁衍。所以，單純的病毒，在哪裏都不能長久的生存。但到了太空，人體的免疫功能下降之後，一些潛伏在人體內的病毒也會重新被激活，那麽此時的病毒或將變得更具殺傷力。本文中主要細述微生物對人類航天領域的影響以及人類的應對之策。（注：我們通常把細菌、真菌、原生生物及病毒統稱為微生物）
廣闊且肥沃的美洲大陸上，曾經孕育著和舊大陸與世隔絕的印第安人文明。印第安人在這裏創造了神秘的瑪雅文明，阿茲特克文明和印加文明。15-16世紀，隨著歐洲人大航海時代的到來，他們把天花等疾病帶到了這片新大陸。由於當時的印第安人體內沒有任何抗體，天花、流感等疾病在新大陸就像死神一樣肆虐。印第安人的部落開始大片消亡，阿茲特克帝國和印加帝國也在疾病和戰火掠奪中走向了毀滅。短時間內，這片大陸上的原住民幾乎損失了90%。
死於天花的印第安人
今天，現代人類依舊麵臨著這種威脅。隨著氣候變暖導致的冰川和凍土融化，一些古老的細菌和病毒也在漸漸複蘇。於此同時，隨著人口激增，人與自然的交織也在變得愈發頻繁，人類被微生物感染的風險也在隨之增長。進入20世紀60年代末，隨著人類的腳步邁出地球，人類與微生物的戰爭也延伸到了地球以外的太空。這些可能潛在的未知微生物，很可能威脅到地球上絕大多數生物的免疫係統，而人類會首當其衝被第一個傷害。為此，人類為了防止外星病毒與地球生物之間的交互感染，一方麵為返回地球的太空艙做了各種巧妙設計和隔離回收方案。另一方麵，為了防止地球微生物入侵太空或其它星球，在發射前，地麵探測器會做一次徹底的消毒，然後保存在生物屏蔽室中。
1969年7月16日，搭載阿波羅11號的土星五號火箭從美國佛羅裏達州的肯尼迪航天中心發射。過去，人類所發射的航天器都是一次性不再回收的。而阿波羅11的任務則需要人類登上月球，然後搭載月球土壤樣本返回地球。考慮到微生物容易對原有生物造成毀滅性打擊，發射前，美國國家宇航局（NASA）的科學家們就已經認識到了太空中的微生物可能會威脅到人類這一問題。那麽登月宇航員是否會夾帶著一些神秘的微生物來到地球？如果有一場月球瘟疫，那麽人類或許就要遭殃了。NASA的科學家們對任務做了謹慎的安排，當返回艙回到地球降落海麵時，潛水員打開艙門的同時迅速讓三名宇航員換上隔離防護服，並隔離三周觀察以確保他們沒有感染任何未知疾病。月球上帶回來的土壤樣本也被封存起來，同時NASA的科學家用試驗小鼠在暴露的土壤樣本上反複實驗以確保月壤中不含任何對地球生物致命的微生物。除此之外，每一次載人發射任務時，執行任務的宇航員在發射前也要進行一段時間的隔離。
隔離艙中三位阿波羅11號的宇航員
2018年5月5日，搭載“洞察號”火星探測器的“宇宙神”V－401型火箭從位於加州中部的範登堡空軍基地3號發射台發射升空，執行人類首個探究火星“內心”的探測任務。發射前，“洞察號”火星探測器在經過一係列測試後被停放在一個生物屏蔽室中，而進入這個存放室則需要經過複雜的清潔程序，這個過程甚至不亞於進入生物實驗室。首先，進入的人員必須在含有粘性的地攤上行走以粘掉腳下的灰塵，隨後在不接觸被汙染地麵的情況下從上到下穿戴工作服以及靴子。之後佩戴口罩、帽子等防護用品。最後通過強風清潔區清理身上的微塵和細菌。
超淨室裏的“洞察號”
地麵探測器在無菌車間組裝，隨後存放於生物屏蔽室中。在生物屏蔽室，能夠有效防止生物汙染。
無菌處理流程是一種減少甚至是消除微生物存在的過程。在太空探索計劃中，無菌技術是預防感染的一項基礎而又十分重要的技術，無菌技術其目的是保持物品不被汙染，以此防止病原微生物傳播。無菌技術是在操作過程中，保持無菌物品、無菌區域不被汙染、防止病原微生物侵入的一係列操作技術。
與地麵探測器的命運截然不同，軌道探測器或航天器不會得到相同的除菌處理。這就是“伽利略號”和“卡西尼號”探測器自毀的原因，以確保探測器上的微生物無法汙染衛星，且到達氣態行星表麵前即被完全焚毀。
美國國家宇航局（NASA）的科學家們在空間探測任務中也會盡量確保在太空中的航天器不會觸碰到可能存在生命的星球。2003年，美國“伽利略號”探測器結束了14年的探索生涯。因燃料即將消耗殆盡，探測器無法逃離木星引力，科學家計算軌道後發現，如果任由航天器在失控狀態下飛行，將有很大可能撞上木星的衛星歐羅巴。根據“伽利略號”的探測以及哈勃望遠鏡的數據，木衛二歐羅巴是一顆有著廣袤海洋的星球，這顆衛星厚厚的冰蓋下，可能孕育著早期的生命形式。因此木衛二一直以來被學界認為是太陽係中最有可能孕育生命的地方，甚至在那層厚重的冰蓋下已經孕育了外星生物。因此，美國國家宇航局（NASA）的工程師們控製“伽利略號”在用盡最後燃料前調整了軌道墜入了木星大氣中，從而保留了人類探索地外文明的希望。三年後類似的事件再一次重演，美國國家宇航局（NASA）的工程師們再次控製“卡西尼號”在不汙染土星衛星的情況下墜入土星的大氣中。同時這一壯舉為人類揭開了土星環的神秘麵紗提供了寶貴的土星大氣數據。
2018年2月6日，太空科技公司SpaceX借助一枚獵鷹9火箭將特斯拉定製的一輛Roadster超跑送入太空。迄今為止，這輛紅色跑車仍舊在太空遨遊。由於Roadster上並未安裝動力設備，無法通過變軌進入地球-火星轉移軌道，在越過該軌道後，最終將會繞著太陽，以一個大橢圓的方式在地球和火星間運行。馬斯克表示，Roadster最終撞擊火星的可能性非常小。不幸的是，即便兩年過去了，一些科學家仍然深信Roadster會有撞擊火星的可能，而且他們擔心汽車和乘客Starman上的微生物可能會汙染火星。
特斯拉Roadster超跑
2019年4月11日，以色列的“創世紀”月球著陸器在執行任務時因發動機故障墜毀在月球表麵。而航天器上剛好攜帶了一批用於實驗的水熊蟲。（它們是已知的唯一一種能在太空真空環境生存下來的動物。）這群“地表最強生物”就此在月球安了家。不知道它們在極端的月麵環境和宇宙射線中能否殖民月球。
“創世紀”月球著陸器
地球最強生物水熊蟲
然而，科學家擔心的還不單是地球微生物可能汙染外星環境這麽簡單。在微重力等太空特殊環境下，微生物的變異速度可能會加速，從而表現出地球上尚未演變出的特征，最終成為“太空超級細菌”。而這對於太空中的空間站本身以及執行任務的宇航員來說，則是一個巨大的威脅。為了解決這一問題，科學家們在地球上的實驗室中模擬微重力環境下細菌特性，從而更好地預防超級細菌的出現。2014年，為了更好的與地球上的對照組進行比對，耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）被送往了國際空間站的實驗室中。
長時間在封閉狹小的失重環境中，人類比在地球更容易出現免疫下降等問題。這會導致宇航員體內潛伏的病毒蘇醒對宇航員健康造成傷害，常見的比如皰疹病毒（Herpes Virus）。另一方麵，微生物可能會給人類探索太空的工具帶來一係列的麻煩。微生物屬於太空垃圾，且具有破壞性。微生物聚集可能會影響到航天器材的電路板、儀表盤和宇航服。微生物過多會形成生物膜，腐蝕材料，嚴重威脅航天器的運行安全，縮短航天器的服役時間，不利於人類探索太空。
目前為止，在中國肆虐的新型冠狀病毒肺炎仍然呈蔓延之勢，並且存在大流行的風險。當我們把目光放大到宇宙尺度，把時間放大到千萬年。在人類文明的曆史長河中，我們曾數次麵臨著類似的來自微生物的威脅。天花、梅毒、黑死病、流感、霍亂等流行病曾肆掠人類社會數千年。每一次大流行後，它們都會突然銷聲匿跡，所發生的一切都會烙印在我們的基因裏。可以說，人類史也是一部與微生物的抗爭史和共同進化史。而人類文明，就是這樣一步一步成長，走向了今天的繁榮昌盛。
北森蒂納爾島麵積隻有約60平方公裏，相當於紐約曼哈頓
當我們把目光聚焦在位於印度洋孟加拉灣的一個叫做北森蒂納爾島(North Sentinel Island)的小島上時，我們似乎看到了我們的過去。生存在這個小島上的森蒂納爾人(Sentinelese)部落，一直過著與世隔絕的原始生活。他們拒絕與外界接觸，隻要有外人接近該島便有喪命的危險。而他們，也麵臨著外界傳染病的潛在威脅。
過去，古人曾望洋興歎自己的渺小。今天，麵對著廣袤未知的宇宙，我們又何嚐不是另一個印第安人或森蒂納爾人呢？
寄蜉蝣於天地，渺滄海之一粟。哀吾生之須臾，羨長江之無窮。
《前赤壁賦》蘇軾
萬事幾時足，日月自西東。無窮宇宙，人是一粟太倉中。
《 水調歌頭·萬事幾時足》辛棄疾
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病毒是地球上最古老的“活化石”，病毒本身並不是完整的生命體，自身不具備傳遞遺傳物質的能力，需要通過寄生在宿主細胞內完成自我複製才能繁衍。所以，單純的病毒，在哪裏都不能長久的生存。但到了太空，人體的免疫功能下降之後，一些潛伏在人體內的病毒也會重新被激活，那麽此時的病毒或將變得更具殺傷力。本文中主要細述微生物對人類航天領域的影響以及人類的應對之策。（注：我們通常把細菌、真菌、原生生物及病毒統稱為微生物）
死於天花的印第安人
今天，現代人類依舊麵臨著這種威脅。隨著氣候變暖導致的冰川和凍土融化，一些古老的細菌和病毒也在漸漸複蘇。於此同時，隨著人口激增，人與自然的交織也在變得愈發頻繁，人類被微生物感染的風險也在隨之增長。進入20世紀60年代末，隨著人類的腳步邁出地球，人類與微生物的戰爭也延伸到了地球以外的太空。這些可能潛在的未知微生物，很可能威脅到地球上絕大多數生物的免疫係統，而人類會首當其衝被第一個傷害。為此，人類為了防止外星病毒與地球生物之間的交互感染，一方麵為返回地球的太空艙做了各種巧妙設計和隔離回收方案。另一方麵，為了防止地球微生物入侵太空或其它星球，在發射前，地麵探測器會做一次徹底的消毒，然後保存在生物屏蔽室中。
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無菌處理流程是一種減少甚至是消除微生物存在的過程。在太空探索計劃中，無菌技術是預防感染的一項基礎而又十分重要的技術，無菌技術其目的是保持物品不被汙染，以此防止病原微生物傳播。無菌技術是在操作過程中，保持無菌物品、無菌區域不被汙染、防止病原微生物侵入的一係列操作技術。
美國國家宇航局（NASA）的科學家們在空間探測任務中也會盡量確保在太空中的航天器不會觸碰到可能存在生命的星球。2003年，美國“伽利略號”探測器結束了14年的探索生涯。因燃料即將消耗殆盡，探測器無法逃離木星引力，科學家計算軌道後發現，如果任由航天器在失控狀態下飛行，將有很大可能撞上木星的衛星歐羅巴。根據“伽利略號”的探測以及哈勃望遠鏡的數據，木衛二歐羅巴是一顆有著廣袤海洋的星球，這顆衛星厚厚的冰蓋下，可能孕育著早期的生命形式。因此木衛二一直以來被學界認為是太陽係中最有可能孕育生命的地方，甚至在那層厚重的冰蓋下已經孕育了外星生物。因此，美國國家宇航局（NASA）的工程師們控製“伽利略號”在用盡最後燃料前調整了軌道墜入了木星大氣中，從而保留了人類探索地外文明的希望。三年後類似的事件再一次重演，美國國家宇航局（NASA）的工程師們再次控製“卡西尼號”在不汙染土星衛星的情況下墜入土星的大氣中。同時這一壯舉為人類揭開了土星環的神秘麵紗提供了寶貴的土星大氣數據。
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然而，科學家擔心的還不單是地球微生物可能汙染外星環境這麽簡單。在微重力等太空特殊環境下，微生物的變異速度可能會加速，從而表現出地球上尚未演變出的特征，最終成為“太空超級細菌”。而這對於太空中的空間站本身以及執行任務的宇航員來說，則是一個巨大的威脅。為了解決這一問題，科學家們在地球上的實驗室中模擬微重力環境下細菌特性，從而更好地預防超級細菌的出現。2014年，為了更好的與地球上的對照組進行比對，耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）被送往了國際空間站的實驗室中。
北森蒂納爾島麵積隻有約60平方公裏，相當於紐約曼哈頓
當我們把目光聚焦在位於印度洋孟加拉灣的一個叫做北森蒂納爾島(North Sentinel Island)的小島上時，我們似乎看到了我們的過去。生存在這個小島上的森蒂納爾人(Sentinelese)部落，一直過著與世隔絕的原始生活。他們拒絕與外界接觸，隻要有外人接近該島便有喪命的危險。而他們，也麵臨著外界傳染病的潛在威脅。
過去，古人曾望洋興歎自己的渺小。今天，麵對著廣袤未知的宇宙，我們又何嚐不是另一個印第安人或森蒂納爾人呢？
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