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新冠病毒|新冠病毒影响太空？——空间微生物的来源和危害

2020年初 ， 新冠病毒迅速肆虐全球 。 截止目前全球感染人数已经超过了2200万人 。 国际空间站4月航天员轮换 ， 两名俄罗斯航天员和一名美国航天员从哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场搭乘俄“联盟MS-16”飞船飞赴国际空间站 。 这3名航天员抵达拜科努尔后 ， 经历特定的“健康稳定化”步骤 ， 其中包括为期两周的隔离期 。 美国航天局医疗工作人员介绍 ， 考虑到所有人都有可能感染新冠病毒 ， 已采取“增强版”安全措施 ， 尽可能减少参与火箭发射与返回舱回收的工作人员数量 ， 所有与航天员接触的工作人员必须先经过严格的医学隔离 。 航天员们的防范新冠病毒隔离措施同我们地球上所有人一样 ， 相信通过这些隔离防护措施 ， 他们一定可以在国际空间站上度过安全的工作期 。 实际上 ， 科学家对空间微生物不陌生 ， 对防范微生物也有比较成熟的措施 。
新冠病毒|新冠病毒影响太空？——空间微生物的来源和危害
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国际空间站
空间环境是一种高度复合环境 ， 具有真空、干旱、温度骤变、混合性空间辐射、微重力等特点 ， 对进入其中的生物体能诱发一系列生理生化反应 。 近年来 ， 地球上极端环境中(盐湖、旱地、深海、极地、永久冻土等)微生物的发现使人类推测微生物能够在极端的空间环境中生存 ， 并将微生物作为载人航天活动和空间生命探测的模式生物之一用于开展空间生命科学研究 ， 相关结果对于航天活动中的行星保护、生命起源探索、航天产业应用等具有十分重要的作用 。
空间站或其他载人航天飞行器里面气温一般维持在20℃左右 ， 相对湿度在60％左右 ， 同时由于空间站空间有限、密闭等特点 ， 为了创造和维持航天员必需的合理空间环境 ， 人类不可避免地为微生物提供了核实的栖息环境 。 在空间站这样长时间飞行条件下 ， 由于密闭系统舱室内的温度、湿度达到微生物适宜生长的水平 ， 就可能会引起舱室环境中的各种微生物大量繁殖 。 研究表明 ， 航天器密闭环境中细菌和真菌的污染比地面要明显加强 。
空间站密闭环境中 ， 微生物的大量繁殖将会对航天员的最佳表现以及航天器材或居住环境的安全性产生副作用 。 航天飞行时 ， 航天员自身的免疫系统功能下降 ， 大量繁殖的微生物无疑对航天员的健康存在潜在的威胁 。 在太空微重力环境下 ， 航天器中的微生物可以长时间地悬浮在舱内空气中 ， 导致空气质量下降 。
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科学家正在国际空间站舱内工作
在舱内环境 ， 由于没有重力 ， 空气无法形成地面上那样的热对流 ， 灰尘也无法靠重力自然沉降 。 而各部分舱室中温度、湿度及二氧化碳含量又因为设备运转、人、植物和化学氧源的存在而有所不同 。 因此 ， 为了使得舱室内各个部分空气的湿度、温度及二氧化碳量等达到该舱室功能所需范围 ， 舱室空调系统必须对各部分的空气进行调节或通风 。 尽管空间舱室具有良好的通风系统 ， 但是仍然存在一些区域通风不良 ， 比如舱室通风管道设计中未曾注意到的死角、狭缝 ， 这同我们居家生活中柜子后面藏污纳垢的死角是一样的 。 在这些通风不良的区域 ， 一些灰尘和杂物就会逐渐累积 ， 为微生物的生长繁殖提供营养和基质 。 历史飞行资料显示 ， 微生物在这些通风不良的区域容易大量滋生 。 比如在国际空间站一个节点舱内由于通风不畅 ， 存在大量的灰尘和微生物气溶胶 ， 并粘附在舱体内壁上 。 由于空间舱室中影响灰尘和杂物的只有流动空气 ， 如果灰尘没被空气净化系统清除 ， 就会随着其他设备产生的流动空气而扩散 。 舱室内空气中的细菌和真菌可能成为致敏原和感染源 ， 在航天员吸入呼吸系统后会引起过敏或感染反应 。
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已经影响太空的微生物
此外 ， 设备内部由于因通风不畅、不易发现等特点 ， 也是发生微生物污染的重要部位 。 有报道证实在国际空间站上曾发生因微生物在设备内部大量繁殖破坏电路或电子部件造成通信设备和烟感器发生故障 。 研究表明 ， 空间站上非金属高分子材料可以滋生革兰氏阴性杆菌和真菌 。 这些微生物从高分子聚合结构材料中吸取维持自身生长繁殖的营养物质 ， 从而导致高分子材料发生降解 。 同时 ， 这些微生物生长繁殖也会产生一些生物物质 。 这些生物物质可激起或诱导金属材料腐蚀 ， 造成硬件故障 。 在俄罗斯和平号空间站服役的15年中（1976~1999） ， 微生物对空间站的管道、通信、电缆等仪器设备造成了严重危害 。 最新研究表明 。 国际空间站微生物对材料设备的腐蚀程度依旧严重 。
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国际空间站舱内环境
大量微生物繁殖也会使空间站供应的饮用水、食品降级 ， 大大增加了微生物侵入航天员消化系统的机会 ， 有可能造成航天员的肠道外源性感染 ， 或者使得航天员自身正常菌落失调 ， 诱发内源性感染 。 由于空间站环境密闭、空间狭小 ， 难以采用地面常用的喷洒一次性有机消毒剂、紫外线杀菌等方式进行微生物防护 。 采用无机抗菌材料对航天材料进行抗菌处理是一种无需额外提供电源且相对安全的处理方式 。 在无机抗菌材料中 ， 金属离子如：银、锌和铜例子等都具有抗菌活性 ， 适时增加杀菌剂含量确保碘含量和银含量在一定浓度水溶液中 ， 这样可以在不直接检测微生物数量的情况下确保微生物达到控制标准 。 另一方面 ， 当前国际空间站使用的饮用水消毒剂（银离子、碘离子）存在的缺点 ， 如：对人的毒性限量低 ， 杀菌持效时间短 ， 需要再补充 ， 具有不好的味道等 。 美国航天局正在研究新一代的饮用水系统抗菌技术 。 纳米材料可以在一定程度上克服上述缺点 ， 科学家们对其抗菌性已经开展了相关研究 。
国际空间站曾在2017年利用微型基因扩增仪和纳米孔测序仪 ， 完成了从微生物样品制备到基因测序的完整微生物鉴定流程 。 这项技术能够实时鉴定国际空间站上的微生物而无需将其带回地面进行鉴定 ， 将改变空间探索过程中的微生物学研究方法 。 在空间中鉴定微生物的能力有助于实时诊断和治疗航天员的疾病 ， 鉴定其他行星上包含DNA的生命 ， 同时有助于空间上其他实验的开展 。
实际上 ， 航天员本身可能就是最大的微生物来源 ， 因为在他们的身体内包含了很多微生物 。 在人类的皮肤、呼吸道、鼻腔和粘膜表面到处存在大量的微生物 。 从航天员选拔开始就要做系统全面的微生物和免疫学调查 。 在飞行前 ， 航天员要执行特殊的食物制度 ， 严格控制与其他人员的接触 ， 并要使用针对个人的卫生试剂 。 到火箭发射前还要对航天器进行消毒 。 飞行中严格监控微生物浓度 ， 并定期使用抗菌措施清理环境 。
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科学家在国际空间站内的生活场景
在轨飞行期间微生物控制措施主要分为两大类：主动控制 ， 主要包括使用空气过滤装置去除空气浮游微生物 ， 使用吸尘器和浸有去污剂或消毒液的擦布清洁舱内表面等 。 和平号空间站在轨运行期间 ， 每周会安排一天进行大扫除（通常为周日） ， 所有人员必须参与 。 在国际空间站美国舱段 ， 每周会安排４个小时进行清洁 ， 使用一种便携式吸尘器 ， 6种消毒湿巾（消耗型 ， 每次任务补充） ， 以及去污剂和擦布等 ， 对舱内环境进行清洁消毒 。 但是 ， 并非舱内的所有部位或表面都可以用擦布进行清洁消毒 ， 如一些死角或设备内部 。 这些部位必需在设计建造时采取一些防护措施 。 被动控制 ， 主要通过优化舱内环境设计、选择抗菌防霉材料、对舱内表面进行处理等措施 ， 抑制微生物生长 ， 防范微生物可能导致的风险 。
近年来 ， 火星环境对微生物的作用也被广泛关注 。 2020年是一个探测火星的时间窗口 ， 包括中国在内的多个国家和实体都准备发射火星探测器 。 由于火星表面缺少臭氧层 ， 稀薄的大气对太阳辐射的屏蔽能力极弱 ， 这种环境与早期地球环境极为相似 。 科学家推测早期地球的生命体、火星上曾经存在或现存的微生物可能也具有极强的抵抗紫外辐射的能力 。 因此 ， 揭示地球上的微生物在火星表面环境的生存与繁衍方式 ， 是寻找火星生命的重要研究途径之一 。 同时 ， 空间微生物 ， 特别是微生物孢子一旦在火星上生存下来 ， 对于未来寻找过去或现存的火星生命会造成干扰 。 航天历史上 ， 曾有不让地球微生物污染木卫二 ， 美国航天局的伽利略号探测器结束使命后有意安排撞击木星 。
新冠病毒|新冠病毒影响太空？——空间微生物的来源和危害
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好奇号火星车正在火星工作
【新冠病毒|新冠病毒影响太空？——空间微生物的来源和危害】科学家们对空间微生物的重点关注伴随着航天的发展 ， 这些肉眼不可见的微生物既是帮助我们更好地认识宇宙 ， 也提醒我们需要更清醒认识其危害从而采取更为科学的方法保护人类的太空飞行 。


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