老鼠粪便可能帮助人类登陆火星

当国际空间站上的宇航员需要上厕所时，他们会将粪便通过一个窄孔排入一个精心密封的马桶。最终，它们的排泄物在被抛入地球大气层时会燃烧起来。今年，国际空间站上 20 只老鼠的粪便的命运不会那么引人注目，但也同样引人注目。这些啮齿动物于 6 月 29 日进入太空，它们前往空间站的旅程是为了向科学家提供微重力对它们的身体和内部节律的影响的数据——其中一部分将被记录在它们的粪便中。听起来很熟悉？确实很熟悉。2015 年，NASA 也做了同样的事情，不过对象是人。啮齿动物研究-7 是双胞胎研究的姊妹项目，在双胞胎研究中，宇航员斯科特凯利在空间站待了一年，而他的兄弟马克凯利则在地球上作为对照组。科学家们花了数年时间仔细研究这项实验生成的数据，其中包括设计老鼠任务的研究人员。

老鼠的疯狂行为需要解答一大堆问题。在伊利诺伊州埃文斯顿西北大学的首席研究员弗雷德·图雷克和玛莎·维塔特纳的带领下，来自多个机构的研究人员将研究微重力如何影响（或破坏）动物的肠道微生物群、胃肠功能、免疫功能、新陈代谢以及睡眠和昼夜节律。

“我们正在将生物学引入太空计划，”图雷克说道，他长期帮助 NASA 应对太空飞行的物理挑战。无论是坐在凌乱的办公桌前，还是在致力于昼夜节律研究的实验室走廊里漫步，图雷克几乎对所有与外星有关的事物都充满热情。他穿着一件印有 NASA 标志的厚牛仔衬衫，充满诗意地讲述着他曾经带着仓鼠登上“呕吐彗星”——这是 NASA 用来测试不离开地球大气层的微重力条件的减重飞机的俗称——并建议该机构是否在 77 岁时将约翰·格伦送回太空（这位宇航员确实又进行了一次旅行）。

但图雷克的日常生活却专注于一件非常实际的事情：睡觉。他对人体生物节律的了解贡献良多，包括发现似乎控制哺乳动物 24 小时昼夜节律的基因。这种内部时钟使哺乳动物与日出日落保持同步，运行睡眠和体温等系统，并影响体重、疾病易感性等。

这让图雷克走上了一条意想不到的道路，开始研究排便。事实证明，当一个人改变正常的睡眠-觉醒周期时，他们肠道中的微生物群落——微生物组——也会发生变化。科学家对肠道微生物组了解得越多，他们就越相信它会影响人类健康的方方面面。现在，图雷克和维塔特纳投入了大量时间来研究微生物组如何影响人体的节律。

“老鼠不是长着毛的小人类，”维塔特纳一边说，一边拍打着一只果蝇——这只果蝇是从附近一个实验室的微小昆虫生物钟实验中逃出来的。但她解释说，由于啮齿动物与我们有许多共同的遗传和行为特征，它们可以说是最接近的实验模拟物了。

这项实验与双胞胎研究也不尽相同。你可以称其为同卵双胞胎研究。

尽管凯利双胞胎有许多相似之处，但他们在地球和太空中的生活却截然不同。相比之下，RR-7 号的啮齿动物的生活将受到更多限制（和可预测）。它们会占据相同的栖息地，吃同样美味的鼠粮，并在同步的环境条件下做所有事情。在太空中，老鼠生活在一个封闭的栖息地中，里面有一个金属网格，漂浮的老鼠可以抓住它，这些网格确保老鼠与自己的排泄物分开生活，并且粪便不会进入空间站的其他地方。回到地球上，对照组的啮齿动物生活在完全相同的围栏和条件下（除了整个重力之外）。

来自空间站的数据被传送到阿拉巴马州的乔治·C·马歇尔太空飞行中心，在那里进行存储和归档。相关数据还被传送到佛罗里达州的肯尼迪航天中心，技术人员在那里对老鼠栖息地进行编程，使其与国际空间站的环境条件相匹配。地球老鼠与太空同伴相隔三天，因此团队可以根据空间站的精确测量结果设定控制条件。从温度到湿度再到二氧化碳水平，一切都与国际空间站完全匹配，从动物处理到喂食到换笼子的所有程序也都与国际空间站完全匹配。

虽然所有老鼠都要接受一系列测试，但在太空中进行的测试需要比地球上的实验更精细一些。虽然在地球上很容易抓到一块老鼠粪便或做一个快速实验，但在没有重力帮助的情况下处理一只蠕动的老鼠并不那么简单。尽管条件比较棘手，宇航员每两周都会从每只老鼠身上获得一粒珍贵的粪便颗粒。他们将在实验过程中至少两次测量每只动物的质量和骨密度，抽血，并在三个 48 小时内拍摄它们的栖息地。然后，在 30 天结束时，他们将“处理”其中 10 只老鼠（安乐死和解剖的委婉说法）。幸存的 10 只老鼠将再活两个月，然后再做出同样的牺牲。

三个月对于老鼠来说是一段很长的时间——大约占老鼠一生的 5%——而对于西北大学的团队来说，等待的时间似乎无尽。一旦老鼠返回地球，他们的真正工作就开始了。在他们杂乱的研究实验室里，技术人员将评估已故老鼠的蛋白质水平和激素水平，并评估视频录像中捕捉到的行为。技术人员还将用盐水溶解粪便，提取每个粪便的 DNA，并对其进行测序。

“它们是珍贵的样本，”负责进行部分测试的研究技术员克里斯·奥尔克 (Chris Olker) 谈到粪便时说道。奥尔克身穿乐队 T 恤，走过迷宫般一模一样的走廊前往实验室，一副愤世嫉俗的样子，但谈到他饲养、解剖和研究的老鼠时，他突然变得认真起来。

技术团队解释道，失败的可能性有百万种。每次洒出的药瓶或错误计量的化学品都可能毁掉多年的准备工作，并让此刻在太空中进行的精心准备付诸东流。

这个精心策划的任务已经面临挑战。在升空前，由于一只特别顽皮的老鼠，团队遇到了麻烦。“我们确实改变了主意，不知道该把哪一笼老鼠送去，”维塔特纳说。她对观察老鼠的方方面面都“有点痴迷”，从体重到外表，当她注意到其中一只老鼠从笼子里跳出来时，她担心这会在太空中造成问题。相反，该团队启动了他们看似无穷无尽的应急计划之一——与 NASA 紧密计划和协调的副作用——并决定在发射前的最后一周发送一个完全不同的笼子，里面有 10 只老鼠。现在，那些几乎没能入选的老鼠在太空中睡觉和排便，而它们更活跃的兄弟姐妹则在地球上充当对照。

它们的粪便中蕴藏着数据，这些数据将显示重力缺失是否以及如何影响肠道微生物群——一组经过精心平衡的微生物，反过来，它们可以影响从免疫力到体重，再到癌症、精神健康问题和糖尿病的风险等一切。

研究人员希望利用这些信息探究小鼠和人类的昼夜节律紊乱与其他身体系统之间的联系。NASA 打算将研究结果纳入将人类安全送往火星的计划中，这次旅程将需要九个月的运输时间，并且在一个重力不到地球一半的星球上停留的时间尚不清楚。

像凯利这样的宇航员的身体可能需要几年甚至几十年才能显示出他们在太空中度过的时间的影响，因此 NASA 对加速啮齿动物实验寄予厚望和信任。RR-7 只是一个更大项目的一个方面，该项目旨在了解微重力对在太空中待很长时间的宇航员的影响。

该项目于 2014 年首次试飞，被认为是一种更快速、更经济的方法来分析长期太空旅行的风险。到目前为止，老鼠已经提供了肌肉组织损失、太空神经系统变化、骨骼生长和愈合方式以及大脑和眼睛血管的数据。

美国宇航局越早了解到数月太空生活可能存在的隐患，就能越早找到弥补这些隐患的方法，从而避免宇航员从火星或其他遥远的微重力任务返回时出现潜在的致命意外。

这也是双胞胎测试的意义所在。公众要到今年晚些时候才会知道结果的具体细节，而维塔特纳对这些实验讳莫如深。但当被问及未来可能帮助人类登陆火星的小鼠颗粒时，她便不再拘谨。“我很高兴我们能从废料中获得这么多东西，”她笑着说。“这就像不劳而获。”