它们比人类更早进入太空，却鲜有人知道
本文来自微信公众号：biokiwi（ID：biokiwi），作者：bio kiwi，头图来自：unsplash
2021年7月4日，中国空间站天和核心舱的两位宇航员成功实现出舱作业，这是自2008年首次太空行走之后，中国人再次踏入太空这片未知的世界。
事实上，从1961年苏联宇航员尤里·加加林首次进入太空开始，人类对太空的探索就从未停歇过。但早在人类进入太空前，其实已有不少“前辈”为我们探过路了，而它们的功绩却鲜为人知。不仅如此，人类能够顺利完成太空探索，也少不了它们的帮助。
它们，就是航天实验动物。
1940~1950：残酷的太空动物实验
动物被送进太空的实验，要从人类对太空最原始的探寻方式——气球开始。使用氦气的气球可以一直升到离地面30公里以上，虽然这个高度仍然处于地球大气层的范围之内，还不算真正意义上的太空（960公里外），但其中的环境已经和地球表面完全不同了。
1783年，Montgolfier兄弟首次尝试把一只羊、一只公鸡和一只鸭子（作为对照）放飞到460米的高空，来探究生物进入天空以后是否会受到影响。这是有史以来第一次的生物航空实验，为后来人类上天打下了基础。
Montgolfier兄弟的热气球 | 图源：Molynk, A.
随后，从20世纪40年代开始，美国为了大规模开展太空研究，同时为了节约成本（毕竟火箭没有那么多），就不断地尝试用气球将各种动物，包括果蝇、小鼠、仓鼠、豚鼠、猫、狗、青蛙、金鱼、猴子等等，送到数万米高空，来研究太空辐射对生物的影响，以及他们为其研发的生命支持系统是否有效。仅在1953年这一年时间，气球载着动物升空的实验就进行了23次。
而随着火箭技术的发展，尤其是对德国V-2火箭的研究，二战后美国开始试图将各种动物送到更远离地面、接近太空的地方。最早在1947年，他们把经典的模式生物果蝇用火箭送到太空，来探究太空辐射对其产生的影响。但是果蝇和包括人在内的哺乳动物实在差别甚远，它们虽然能安全回来，但也证明不了什么。
于是，研究人员把目光放到了其他哺乳动物身上——猴子和狗。
1949年将猕猴送上太空的V-2火箭 | 图源：史密森尼国家航空航天博物馆
1949年开始，短短几年间，美国人用火箭将至少十几只猴子送到100多公里外的太空。不出意外的，三分之二的猴子都在落地前就死亡，为航天探索付出了生命。
相比之下，苏联人更喜欢送狗上天。1951到1952年间，十几只流浪狗被送到太空，也是多半有去无回。这其中，最著名的是1957年真正进入太空（进入到地球轨道）的第一只地球生物——一只叫作“莱卡”（Лайка）的流浪狗。
之所以选择流浪狗，是因为当时的科学家认为，流浪狗对饥寒等恶劣环境具有更高的耐受能力。最后，这只叫做莱卡的“幸运狗”在仅有的一层金属外壳保护下，踏上了有去无回的征途（苏联并未研究出返回地球的技术），在进入太空几小时后，因太空舱过热而身亡。
“登入太空第一狗”莱卡的纪念碑 | 图源：James Vaughan
由此可见，在太空探测技术并不发达的那个年代，这些太空动物实验是无比残忍的，但无奈的是，这些实验又是载人航空前所必需的：因为没人知道太空的真实环境是什么样的，所以需要通过动物实验去尝试探索。
这些实验动物冒着生命危险提供的珍贵数据，为后续的载人航天提供了宝贵的信息。
同时，像“莱卡”这样的“明星航天动物”，它们的遭遇也推动了关于航天动物实验伦理问题的讨论。再加上后续载人航天与航天登月的实现，航天动物实验也逐渐越来越少，对动物自身健康的考虑也越来越多。
1959年成功上天并存活回地球的松鼠猴Baker小姐，于1984年去世 | 图源：美国宇航局
1970年代：另辟蹊径的动物实验研究
伴随着松鼠猴、狗、黑猩猩纷纷上天，以及人类的成功登月，动物航天实验的热潮也逐渐告一段落，但是科学家仍然要探索太空生存的问题，尤其是失重情况下暗藏的各种隐患和危机，由此也诞生了不少另辟蹊径的动物航天实验。
1970年，美国宇航局将两只牛蛙送上了太空，目的是为了探究失重环境会不会对前庭系统造成影响。
所谓前庭系统，主要是负责感知身体平衡和旋转。而太空的失重环境与地球表面的重力环境截然不同，因此研究前庭系统在这种情况下是否正常十分重要。之所以选择牛蛙，是因为牛蛙有着与人类相似的前庭器官；同时，作为一种两栖类动物，牛蛙可以很好地生活在水中，也就降低了生命支持系统的研发难度。
最终，通过电极监测，青蛙的前庭系统在失重六天之后，逐渐适应了太空环境，慢慢恢复正常。
运送牛蛙的航天器 | 图源：NASA
而在1973年的一次载人航天过程中，两只小蜘蛛被带上了太空。研究者希望借助蜘蛛织网的这种行为方式，来探究失重环境对动物行为的影响。
很可惜结果并不理想：虽然上太空之后，蜘蛛的织网能力确实大幅度下降，织出来的网更稀疏，也没那么成型。但与此同时，这两只蜘蛛也饿扁了，很难判断是重力、还是肚子饿，亦或者是实验室压力太大导致的行为异常。
这个实验并不算很成功。
蜘蛛在太空中织网的图像，可以看到网的形状不规则 | 图源：Witt P N, et al. 1976
和奋力织网的蜘蛛们在同一班航天飞船上的，还有两条加拿大底鳉和它们的50枚鱼卵。研究者想要借此探究鱼类的三维空间运动能力是否会受到失重影响，以及失重环境下胚胎发育的状况。
刚进入太空时，因为失去了重力引导的前庭系统作用，以及光给予的视觉信息，小鱼只会不停打转。但到了第22天的时候，小鱼已经可以正常游泳，这说明虽然失重环境可能会对鱼类的空间运动能力有影响，但随着身体的不断调节，这种影响是可以被适应的。
而那50枚鱼卵中的48枚，也在飞行期间被健康孵化出来。
加拿大底鳉 | 图源：Wikipedia
2007年：太空生存的王者
在后来一系列的动物航天实验中，有这么一种动物，其传奇性可谓无“动物”能比：它甚至可以完全裸露地在太空环境下生存。
这个“传奇”动物，就是属于缓步动物门的水熊虫。
在地球上，水熊虫就因为它超强的适应能力而闻名：在超高海拔的喜马拉雅山，或者是深海四千米的海底都能发现它们的踪影；即便是在极度恶劣的低温、缺氧、环境下，水熊虫还可以通过隐生（Cryptobiosis）的方法存活下来。因此，目前它也是公认的地球上生命力最强的生物。
水熊虫的长度一般只有1毫米左右 | Wikipedia
于是，在2007年欧洲的一次太空飞行中，两种水熊虫被带到了太空，并且暴露在不同的紫外辐射环境下。在最强烈的辐射环境中暴露30分钟后，虽然只有少数几只水熊虫存活了下来，但是这几只水熊虫产生的后代基本没受到什么影响。
它也是目前为止，在没有防护装备的情况下，唯一在太空中存活下来的多细胞生物。水熊虫体内保护它免受辐射和真空影响的生物机制，自身的DNA损伤的修复过程，都还是未解之谜。
正是这些原因，使得缓步动物成为目前太空生物学的明星物种——它身上这些未解之谜的答案，可能就是解开未来人类太空生活奥秘的钥匙。
不同处理条件下水熊虫的生存率变化 | 图源：Jönsson K I, et al. 2008.
纵观从40年代开始的动物航天实验，动物的航天飞行都是为人类航天而服务的，比如探究人类能否生存，在失重环境下身体器官、行为是否会发生变化，以及我们的终极目标——在太空中自由生活。
这个过程中，很多实验动物的付出和牺牲，值得我们铭记：正是它们的牺牲与奉献，才使得我们的航天事业不断前进，也让我们对未来的航天事业有了更加美好的憧憬和向往。
谢谢你们！
参考资料：
Beischer D E, Fregly A R. Animals and Man in Space: A Chronology and Annotated Bibliography, Through the Year 1960[M]. US Naval School of Aviation Medicine, US Naval Aviation Medical Center, 1962.
Gray T, Garber S. A brief history of animals in space[J]. National Aeronautics and Space Administration, 1998: 05-26.
DL SCKEDULED. Orbiting Frog Otolith. 1970. https://ntrs.nasa.gov
Witt P N, Scarboro M B, Daniels R, et al. Spider web-building in outer space: evaluation ofrecords from the Skylab spider experiment[J]. Journal of Arachnology, 1976: 115-124.
Von Baumgarten R J, Simmonds R C, Boyd J F, et al. Effects of prolonged weightlessness on the swimming pattern of fish aboard Skylab 3[J]. Aviation, space, and environmental medicine, 1975, 46(7): 902-906.
Jönsson K I, Rabbow E, Schill R O, et al. Tardigrades survive exposure to space in low Earth orbit[J]. Current biology, 2008, 18(17): R729-R731.
本文来自微信公众号：biokiwi（ID：biokiwi），作者：bio kiwi
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