日本宇宙航空研究开发机构(JAXA),航天员Akihiko Hoshide在希望号国际空间站实验舱的水生生物栖息地中,饲养青鳉鱼作为骨密度流失的实验对象。来源:NASA
主要研究者Akira Kudo,东京工业大学,日本,监测青鳉鱼实验。
来源:日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)
比较在国际空间站和地面上分别存活56天的青鳉鱼上、下颌骨中破骨细胞含量及活性(破骨细胞活跃可以造成骨质疏松)
载人航天中,航天员的骨密度会流失。目前尚不明确流失发生的确切原因。近来,科学家们试图通过研究鱼类寻求答案。他们在国际空间站中饲养了一种小型淡水鱼,56天后检测鱼的颌骨和牙齿,以此来观察微重力环境的潜在影响。
先前有研究表明微重力环境可以使破骨细胞活化,这种细胞可分解骨骼组织,使用青鳉鱼可以研究破骨细胞活性的增强与骨密度减少之间的联系。
最近《自然科学报告》中发表了一篇基于青鳉鱼的研究成果。合著者、主要研究者,东京工业大学生物科学与技术学院教授Akira Kudo称研究发现空间站上的鱼由于破骨细胞含量与活性增加,骨密度显著减少。研究人员通过电子显微镜也观察到破骨细胞线粒体的异常。线粒体是存在于大多数细胞中的呈圆形或棒状形的细胞器,它可以产生酶,将食物转化为能量。
基因分析同时也揭示了执行线粒体功能的两个基因活性均呈显著增长,表明破骨细胞的活化可能与线粒体对微重力的反应有关。
“如果宇航员也是这种情况,那么线粒体功能紊乱靶向药物可以使在太空中丢失的骨密度得到恢复” Kudo说。另外,为了证实这一结果,回到地球后仍有必要继续实验,以便进行下一步研究。
青鳉鱼被选为生命科学研究的生物模型,因为它们有着易养护、易繁殖、易研究的特性。以前,这些鱼在太空中成功交配,产生的卵可以正常发育。在本次研究中,24条鱼被运送到空间站并在希望号实验舱的水生生物栖息地生活了2个月。
虽然太空中的鱼,其骨骼和牙齿中的矿物密度有所减少,但也表现出正常的身体生长。研究人员会定期观察这些鱼,青鳉鱼最初游动正常,但是后期它们就常常保持静止。这表明微重力对骨密度的影响可能涉及机械力的变化,从而降低了全部的身体活动,因此导致破骨细胞的活化。
“在地球上,年龄相关的骨质疏松作用机制已经是个难题,” Kudo说,“而青鳉鱼实验中发现的受微重力影响的新基因为阐明这一机制提供了很好的动物模型。”。这方面的工作可以促进骨质疏松症的治疗,还可以减少宇航员在长期任务中的骨质流失。
另一项对青鳉鱼的实验结果发表在了《公共科学图书馆:综合》期刊上,论文确定了除骨骼以外其他组织中变化的11个基因,其中包括脑和肠道。这些基因中有部分与造成骨质流失的基因重叠,使得它们在对微重力环境的感测中发挥作用。研究人员计划在未来的空间站实验中测试这些基因的功能。
研究青鳉鱼,无疑是一次成功的举措。(校对:柯宁)
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