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太空中的“动物军团”

1999 年第 10 期 · 生物世界 · 岱岩
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<PIC|p22.gif> <JZ|>载着小狗的人造卫星 <PIC|p23.gif> <JZ|>这是“东方1号”舱内的尤里·阿列克谢耶维奇·加加林 <JZ|>“动物军团”多豪杰   1960年8月,如果两条名叫别尔卡和斯特列尔卡的狗在宇宙飞行中死去,那么人类的航天史就得改写了——它们在绕地球飞行17周后安全回到地面,第二年加加林就成为第一个进入太空的人类。可是一条叫做“莱加”的狗就不那么走运了:1957年11月3日,它乘“叛逃者”号飞船进入太空绕地球3周后,因飞船冷却系统出现故障而在4个小时后被活活烧死。苏联用“莱加”的名字来命名一种香烟,以纪念它。今天,“莱加”已成为俄罗斯人最喜欢的一种香烟。   由于“太空狗”对苏联稳居宇航业的世界领先地位起了重要作用,曾任俄罗斯宇航局总工程师的卡拉诺夫对“太空狗”宠爱有加,让它们住他的别墅,坐他的专机,两只“太空狗”所生的狗宝宝“小绒毛”更是被当做外交礼物,送给美国前总统肯尼迪的夫人杰奎琳。   动物在人类宇航史上起到了宇宙侦察兵的作用。在加加林完成第一次载人宇宙飞行之后,人类又交给动物另一项任务:捕获看不见的“敌人”——失重的有关资料。于是,数百只白鼠为科学献出了生命:它们在返回地球后立刻就被杀死。科学家们将它们解剖,从中获得许多重要发现。研究表明,微重力对生物体的作用大多是不利的:骨骼和肌肉出现萎缩;骨组织生长速度放慢;骨骼坚韧程度下降;肌体免疫力也有所下降等。然而,科学家们的担忧很快就被惊喜所取代:他们在解剖了一只回到地球25天后被杀死的白鼠后发现,白鼠在一个月的时间里完全恢复了健康,宇宙飞行对白鼠身体造成的不利影响完全消失了。这说明,白鼠完全经受住了失重和辐射对其产生的双重影响。   蝾螈是一种能使自己身体上失去部分再生的动物,科学家也用它做了实验,结果发现,它在宇宙飞行过程中肢体再生的速度比在地球上的再生速度要快得多。   科学家们在太空实验中使用最多的还是猴子,因为它是与人类较为接近的灵长类动物。苏联从1973年就开始发射生物卫星,截至1997年已将6对猴子送上了太空。1987年,苏联发射了一颗生物卫星,上面载有两只猴子——德列马和叶罗沙。在飞行过程中,卫星上的食物供给系统出现故障。为了使猴子不至于饿死,科学家命令卫星紧急着陆,但卫星没有按预定计划降落在拜科努尔发射场,而是落在了米尔内城附近的原始森林中。两天后卫星才被找到,两只猴子已经饿得虚弱不堪。现在叶罗沙在莫斯科动物园“定居”,而德列马则成了赠送给古巴领导人卡斯特罗的礼物。   另一桩不幸事件发生在美国。猴子波尼在宇宙空间飞行8昼夜后突然感到不适,它被紧急送回地球,一天后不治身亡。它的健康状况下降的一个重要原因是孤独。从那以后,人类开始让猴子成双成对地进入太空。   猕猴与其他非智能动物不同,它们在飞行过程中还可以工作。科学家花了两年时间对猕猴进行了条件反射训练。当信号板上出现某种信号时,猕猴便按动键钮或扳动操作杆,它得到的奖赏是一种果汁。当猕猴用牙齿咬动一个阀门时,它便可以通过一个专门的吸管获得膏状食品。此外,当猕猴左顾右盼地寻找信号时,它的身体在椅子中上下转动,触动了各类踏板和按钮,科学家便从中获得了有关猕猴的平衡状态的信息。 <JZ|> “哥伦比亚号”上的将近2000个小生灵   就在一年前,美国的“哥伦比亚号”航天飞机进行了一次大规模的“动物兵团”太空飞行:与7名宇航员一道升空的有将近2000只各种各样的小动物,包括152只白鼠、18只怀有胎儿的田鼠、4条形貌怪异的牡蛎蟾鱼、229条剑尾鱼、60只蜗牛和大约1500只蟋蟀。这次太空飞行是迄今人类在太空对神经系统进行的最全面和最深入的科学研究,其成果不论是对于未来人类的太空探索和开发,还是对于人类一些疾病的认识都将具有重要意义。在此次耗资9900万美元的太空飞行中共进行了26大项实验,其中有15项与各种小动物有关。   在“哥伦比亚号”升空4小时后,宇航员们便进入一个公共汽车大小、由欧洲航天局建造的太空实验舱,开始26项神经实验中的第一项。生物学家、宇航员戴维·威廉姆斯和让·巴凯将4只雄性田鼠放入一个充当“手术室”、可防止血液乱飞的特制的小箱子中,对田鼠实施了脑切除手术。这可说是在太空进行的有史以来最复杂的解剖手术,宇航员们经过将近一年的训练后,解剖技巧才达到纯熟的程度。   宇航员们用一副特殊的“铡刀”将田鼠的头切下,取出大脑并存放好。在升空之前,这些田鼠的大脑中已经植入了测量体温和心率的传感器。在返回地面后,科学家们将用能放大数千倍甚至数万倍的电子显微镜对这几只田鼠的脑组织切片进行观察,计算神经键——连接大脑和细胞的组成部分——跳动的次数,以弄清在失重后的最初几个小时中动物的大脑发生了怎样的变化,是如何使自身适应新环境的。   宇航员威廉姆斯和巴凯进行了第二例手术。他们将9只怀有身孕的田鼠放入小箱子中,然后逐一取出田鼠腹中的胚胎。科学家们将研究在失重状态下大脑是如何发育的。地面控制中心的科学家杰里·霍米克说,其余的一些怀孕田鼠则被注射监测用化学物质,在航天飞机返回地面后立即对它们进行解剖。   在太空中,比头发还细的有线电极被插到了几只白鼠大脑中判断方位的部分,然后,宇航员们将它们放到两条曲里拐弯的特制“跑道”上,通过有线电极的测试,研究大脑在失重时判断方位的功能是否受到影响。这对了解老年痴呆症的成因很有帮助。实验表明,白鼠在太空“跑道”上来回奔跑的方式跟宇航员一样,主要是用脚蹬踏舱壁和舱板,从一处漂浮到另一处。纽约大学医疗中心神经学家克莉·沃尔顿说:“从我们测试过的所有哺乳动物的反应看来,都选用相同的方式在太空中移动。”   在“哥伦比亚号”即将返回地面前,许多只在航天飞机升空前还不会走路的幼小白鼠开始学走“太空步”了。小白鼠在失重条件下学会了爬行,这就说明人类携子带女在太空生活就可能又少了一道障碍。但一些小动物在这次太空飞行中还是遇到了悲惨的命运:有接近半数的幼小白鼠还没有接受实验就夭折了,因为它们的鼠妈妈因缺少足够的水而无法产生足够的乳汁来喂养它们。 <JZ|> “根据地”:生物太空实验室   在太空中,“动物军团”的主要“根据地”是生物太空实验室。生物太空实验室主要用于研究失重、宇宙辐射以及不存在地球上24小时昼夜节律情况下的生物反应,包括从微生物到灵长目动物的各种动物和植物。这种太空实验室装有遥测系统,用来监控生物标本的情况。   生物太空实验室可研究失重、超重和其他各种空间飞行环境对生物生长、发育、代谢、遗传等方面的影响和防护措施,揭示在地面条件下发现不了的生物学问题,是研究空间生命科学的重要工具。生物卫星一般由服务舱和返回舱两部分组成。服务舱装有状态控制系统、电源系统和其他保证卫星正常工作的设备。服务舱分离后不返回地面。返回舱是卫星返回地面的舱段,外部覆盖着防热保护层,内部装有生物容器、记录仪器、制动火箭和回收系统等。生物容器载有实验生物样品和生命保障系统。卫星在空间运行时,地面人员通过遥测系统获取生物体的有关信息、仪器设备的工作状况和卫星的环境参数。利用生物卫星实验过的生物有病毒、微生物、细胞、组织培养液、昆虫、蛙、蝇、白鼠、豚鼠、兔、犬、猴、黑猩猩,各种植物及种子等等。    在生物卫星上进行的生物学实验主要包括:重力生理学实验、放射生物学实验和发育生物学实验。太空实验往往得出很有意思,甚至可以说令人吃惊的结论。轨道站的细菌和真菌的各种指标比地球上的同类大约高10倍,其忍受力也强10倍。轨道站的微生物会变成非常可怕的怪物。专家们认为,这是因为宇宙中的自然淘汰特别严格,在辐射加强和失重的条件下只有最强的生命才能生存。   动物是人类的朋友,进行新的科学探索时,它们总是走在人类的前面,仿佛是人类的“侦察兵”。但一些动物保护组织一直坚决反对使用动物进行太空实验,认为十分残忍,尤其认为将刚从太空返回地球的动物立即活生生解剖是“非常不人道的”。但也许不久以后,这些动物朋友可以“退休养老”了。因为动物实验将成为历史,它将被全新的技术所替代——电脑技术已经为模拟太空实验提供了可行的手段。
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