NASA的双胞胎宇航员研究：太空飞行改变了人类体质，但只是暂时的
上图（来自NASA）左边是已经退役的宇航员马克·凯利，右边是他的同卵双胞胎兄弟，现役宇航员斯科特·凯利。
由于这对双胞胎具有基本相似的遗传基因，他们成为NASA双胞胎宇航员研究的对象，当斯科特执行太空任务时，马克在地球上照常生活。研究人员跟踪两兄弟在不同环境中的生理变化，以对比观察产生了哪些差异。
这次研究的重点是从各个方面观察长期太空飞行如何影响人类体质，比如遗传基因、心血管健康以及免疫系统反应等等。
研究过程采集了大量数据，从斯科特结束飞行前六个月开始，到在他返回后九个月期间，连续收集了来自这对双胞胎的许多生理样本。在空间站期间，斯科特负责收集自己的样本，包括血液、尿液和粪便。
当2016年科特凯利结束了在空间站一年的工作并返回地球时，他的同卵双胞胎兄弟马克一定非常恼火，因为斯科特比他离开时“长高了”两英寸，但这不是斯科特唯一的变化。
研究者利用这个独特的机会，观察并研究了长期停留在太空中的人类会受到哪些影响。他们的研究结果发表在本周的《科学》杂志上：《太空飞行对人类的危害》。
航天活动绝对会人体产生一些影响，但绝大部分在返回地球的几个月后便会消失。
研究人员特别注意到：微重力环境可能破坏DNA；影响数千个基因的表达方式；增加端粒的长度（端粒长度反映细胞复制史及复制潜能）；增厚动脉血管管壁；改变肠道菌群并增加发生炎症的可能等等。
研究结果中最引人注目的部分就是观察基因表达如何在太空任务期间发生变化。研究者通过全基因组测序来识别这对双胞胎的DNA和RNA发生的变化。虽然已经预计两位凯利都会在研究期间中发生一些表观遗传变化，但仍有大量的改变让研究者感到意外。
他们发现，随着斯科特进入太空，他的身体激活了许多之前处于休眠状态的基因，基因表达发生了巨大变化，其中一些改变在返回地球后，短时间内还在持续。
当斯科特进入太空后不久，就激活了许多以前处于休眠状态的基因，开启了与端粒生长、胶原蛋白合成、免疫系统反应和DNA修复相关的基因。尤其在太空任务的后六个月，发生的变化比任务前半部分多了六倍。
然而这些改变在斯科特返回地面后的六个月内，超过90％又发生了逆转。
同时，在地球上正常生活的马克也发生了大量的表观遗传变化。通过对比得出的结论是，斯科特身上发生的变化及波动都在预期范围内，并不能被认为是病态的。
这项双胞胎研究的另一个重点集中在太空飞行如何改变端粒的长度。研究者监测并对比了斯科特在进入空间站之前、期间以及之后两兄弟端粒的长度。端粒是染色体末端的保护帽，它关系到随年龄增长对DNA链降解的影响，也被作为衰老及与衰老有关的某些健康风险如心血管疾病或癌症的生物标记。
研究者本来认为，在空间站这种特殊环境以及宇宙射线和微重力的影响下，会加速端粒的损失。但出乎意料的是，斯科特的端粒长度并没有缩小，相反，在空间站期间，端粒的长度显著增加。然而在斯科特返回地球后的两天内，端粒再次大幅缩短，并且跟出发前相比，太空飞行很可能对他的端粒产生了长期的负面影响。与此同时，他兄弟的端粒在整个研究过程中没有变化。研究者已经计划进行进一步的端粒研究，以确定这种长期影响确实是由太空飞行这个特定因素导致的。
基因表达的变化和延长的端粒不是双胞胎研究中观察到的唯一变化，NASA心血管和视觉实验室还研究了太空飞行如何影响动脉血管。通过超声波成像，以及血液分析和尿液样本中的生物标记物，他们发现斯科特的颈动脉壁在太空中变得更厚。同时马克的颈动脉壁没有变化。较厚的颈动脉壁与心血管疾病及中风的十年风险增加有关。
在太空时期，斯科特的肠道微生物群也发生了“翻天覆地”的变化，但一旦回到地球，就恢复到原来的组成，这种变化可能是由空间站的低温、干燥以及牙膏式包装食物的成分造成的。这对于改善宇航员的定制饮食，以帮助减少有害细菌，同时让有益菌健康成长具有意义。
另一项研究通过监测两兄弟血液中的脂肪和蛋白质，追踪太空飞行如何影响人体器官中炎症的发生。研究发现，处于微重力环境的斯科特比他的兄弟更容易发炎。不过斯科特增加的炎症反应很可能是由特殊工作及生活环境产生的压力造成的正常反应。
为了测试宇航员的免疫反应，在三个不同的时期给斯科特接种流感疫苗：出发前在地面上、地球轨道空间站里以及返回地面时。每一次斯科特的身体都会产生正常的反应。这个结果对于今后登月计划或其他长期任务的宇航员可能会发生的传染病问题是一个好消息。
研究者还在不同时段，对两人进行了多次警觉性、情绪反应、思维及判断力等心智能力的测试。两人在任务前及执行期间都保持了高水平的表现，但也发现斯科特在返回地球后的表现略有下降。研究人员认为这种表现可能只是由于繁忙的时间安排和重新适应地球引力造成的。
这次NASA开展的双胞胎宇航员研究并不是一次完美的研究，研究样本只有一对双胞胎，并没有通过观察其他宇航员来证实这些研究结果。未来五年内美国将试图重返月球，更远的未来还计划进行时间更长、距离更远的行星登陆计划。类似的研究将为执行这些长期太空任务的宇航员提供更多生命保障。
