長期待在外太空,人體會有什麼變化?NASA找來雙胞胎做實驗
長期待在外太空,人體會有什麼變化?NASA找來雙胞胎做實驗

「我有一個雙胞胎弟弟。」2015年,50歲的美國太空人史考特‧凱利(Scott Kelly)準備前往國際太空站(International Space Station, ISS)執行任務,當時他向NASA的科學家提案道:「嘿,我有一個雙胞胎弟弟馬克(Mark Kelly),你們有興趣做些研究嗎?」史考特回憶道,他的提案最終引起有關單位的興趣,讓NASA決定以此研究長時間待在太空中,會對人體產生的影響。

長時間任務時 派得上用場

因此當凱利待在國際太空站的342天,NASA的研究團也同步監測馬克在地球上的狀況。NASA相信,這份研究將有助於他們規劃其他長時間的太空任務,確保出任務太空人的健康狀況。

12所大學、84個科學家

整個研究來自12所大學共84個科學家分成10組進行。他們一共蒐集了史考特和馬克27個月的血液、尿液與糞便樣本,以此針對凱利兄弟的生理數據、認知能力、分子組成等面向進行分析,並將研究結果刊登在期刊《科學》上。

與人體老化有關的端粒⋯⋯

令研究團隊意外的是,當史考特在太空時,他的白血球端粒(telomere)意外地變長了。

簡單來說,端粒在細胞分裂中扮演著重要的角色,並會隨著細胞分裂次數上升而越來越短,因此端粒的存在與人體老化息息相關。

因為在「外地」生活很健康?

有參與研究、來自科羅拉多州立大學的輻射癌症生物學家貝立(Susan Bailey)便指出,太空人必須長時間處在微重力、孤立、有輻射風險這些會造成端粒變短的極端壓力下,因此端粒變長完全是預期外的結果,貝立推測,這可能是史考特在太空中必須嚴格控制飲食、保持運動習慣這種健康的生活步調所致。

變長又變短的端粒

然而,在史考特返回地球的48小時內,他的端粒就迅速變短,甚至比他在啟程前的端粒長度還要再短,因此研究團隊擔心,這種急遽地長度變化,可能會對他的生理健康帶來負面影響。

出去有改變 回來又恢復

除了端粒長度的改變,當史考特待在太空時,他因為壓力和重力改變的緣故,使得免疫系統出現警訊、基因表現改變、頸動脈擴張、視網膜增厚、腸道微生物變化、認知能力降低等狀況,不過大多情形都在他返回地球的6個月內恢復正常。

回到地球後 有些東西沒有變回來

然而,除了前面提到的端粒變得更短,研究團隊也發現史考特的T細胞活化狀況、認知能力都有減弱,甚至出現染色體倒置(chromosome inversion)的狀況。對此,有參與研究、康乃爾大學威爾醫學院的生物物理學家曼森(Christopher Mason)說:「我們還不知道這樣的轉變是好還是不好⋯⋯所以我們會持續去理解為什麼會發生這樣的狀況,這些狀況又會持續多久。」

樣本小,不能一體適用

研究最後坦承,他們在凱利兄弟身上的發現並不一定適用在所有太空人身上,因此還需要更多相關研究來補足。

此外,研究中也指出,國際太空站多少有受到地球磁場的保護,讓在裡面工作的太空人可以免於宇宙射線(cosmic ray)影響。有參與研究的太空生理學家李(Stuart Lee)便指出,如果NASA未來要執行火星登陸計畫的話,太空人勢必會暴露在更高程度的銀河宇宙射線(galactic radiation)下,這是本次研究沒有觀察到的一大部分。

一份重要的研究

不過輻射癌症生物學家貝立相信,這份雙胞胎研究是他們第一次、如此全面性地探究人體在太空旅行時會出現什麼改變。

彰顯人類韌性

負責協調研究的NASA人類研究計畫副主管普拉次(Steven Platts)則對研究中的發現態度樂觀,他指出,史考特在返回地球後,大部分的數值都回歸平常的狀況可說彰顯了「人體的韌性與回復力」。

本文授權轉載自:地球圖輯隊

關鍵字: #NASA #太空科技
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總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁
總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁

【總統科學獎】宗旨在於提升臺灣在國際學術界之地位,獎勵數理科學、生命科學、人文及社會科學、工程科學在國際學術研究上具創新性且貢獻卓著之學者,尤以對臺灣社會有重大貢獻之基礎學術研究人才為優先獎勵對象。

2025年11月11日,總統科學獎頒獎典禮於總統府正式舉行。2001年設立、每2年頒發1次的總統科學獎,今年已邁入第13屆,本屆的2位獲獎者,分別是生命科學組的院士梁賡義、工程科學組的院士葉均蔚。2位臺灣的科研泰斗,不僅全心全意投入創新,更樹立了典範,成為所有科研人員的榜樣。

總統賴清德在致詞時,引用諾貝爾和平獎得主曼德拉(Nelson Mandela)的話指出:「在事情完成之前,一切都看似不可能。這說明了2位院士的故事,他們對未知世界保持熱情、好奇,認真從基礎研究做起,並堅持努力到最後一刻,成功終將屬於他們。」

2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
圖/ 數位時代

梁院士開創廣義估計方程式 ,加速新藥問世,造福千萬病患

從數學跨足生物統計、再投身高等教育與國家衛生的梁院士,從小就喜歡數學的嚴謹,在美國華盛頓大學攻讀博士期間,因為接觸到當時炙手可熱的「存活分析」,進而對生物統計產生興趣,「投入『生物統計』是條不歸路,因為我發現,統計工具的發展,可以對人類健康有間接幫助。」後來,他前往美國約翰霍普金斯大學任教,又與同事Scott Zeger研發出新的統計方法「廣義估計方程式」,突破了傳統分析方法必須假設所有樣本獨立的侷限,讓長期追蹤資料的解讀更嚴謹,也成為全球健康研究不可或缺的工具。

梁院士研究做得出色,卻不只將心力擺在學術上,他更心心念念著臺灣的發展,持續關心高等教育、國家衛生等領域。他在美國任教的28年間,幾乎年年暑假,都返國舉辦研討會,分享國際生物統計和流行病學的新知。2010年,他乾脆辭去教職,回臺擔任國立陽明大學校長,將陽明大學打造成醫學、人文並重的全人大學。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予梁院士。
圖/ 數位時代

2017年,他又接下國家衛生研究院院長一職,並在新冠肺炎爆發期間,擔任中央流行疫情指揮中心研發組組長,與阿斯特捷利康(AstraZeneca)簽約,採購1千萬劑疫苗,完成防疫任務,「所以獲得總統科學獎,不僅是個人的榮耀,更是國家對全人教育的推動、公共衛生實踐,以及任務導向的研究重要性的肯定。能在其中有一些貢獻,我深感榮幸。」

高熵合金之父葉院士,堅持不懈打破材料學定律

被譽為「高熵合金之父」的葉院士,打破材料學界以1~2種主元素為基底的傳統,開創出能讓數十種元素混合的「高熵合金」,為元素週期表注入嶄新生命力,在半導體、智慧機械、綠能科技、國防與生醫等領域帶來突破性的應用。過去合金多以單一金屬為主,再加入少量元素微調性質,金屬種類愈多反而愈脆、延展性與硬度下降,使應用受限;然而高熵合金卻反其道而行,以4、5種以上金屬融合,展現出更佳的延展性、耐腐蝕性與硬度,重新定義合金的可能性。

令人驚訝的是,30年前葉院士提出高熵合金構想時,曾被質疑「觀念錯誤、毫無可能」。他不畏質疑,透過紮實的實驗與論證,於2004年一口氣發表5篇高熵材料論文,為高熵合金命名、定義並奠定理論基礎,後續更平均每年發表逾10篇研究,提出高熵效應、嚴重晶格扭曲效應、緩慢擴散效應與雞尾酒效應等核心概念,開創全新的材料科學典範。

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賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予葉院士。
圖/ 數位時代

如今,高熵合金不只在學界掀起熱潮,更成功落地產業。「學以致用非常重要!」葉院士強調,學術研究不該停留在象牙塔,而應投入產業、協助解決關鍵瓶頸。他不僅與國立清華大學共同成立「高熵材料研發中心」,也創辦全球首家高熵材料公司,推動技術轉移與產業升級,讓高熵合金真正走向世界舞臺。

所有總統科學獎得獎人的科學成就及重要貢獻,不僅提升臺灣學術聲譽及國際競爭力,對於增進人類生活福祉更有深遠的影響,實為臺灣學術界的最高典範。而本屆梁院士、葉院士2位得獎人終身投入科學探索、人才培育的成果,嘉惠了整個社會,更成就跨世代的深遠影響,為臺灣科學寫下光輝一頁。

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