太空站未来最大的敌人可能是微生物?

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太空站未来最大的敌人可能是微生物？

顾学斌

上海思源利生物科技有限公司

众所周知，微生物通常是指肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称，包括细菌、古菌、真菌、病毒、原生生生物等，是地球上多样性最高的生物类群，种类估计达1000亿种。

微生物给人类生活带来了很多益处，人们利用微生物制造出了酱油、醋、味精、白酒、黄酒、啤酒；乙醇、丙酮、丁醇；有机酸、氨基酸、核苷酸；抗生素、维生素、疫苗等。同时，微生物也给人类造成了不少危害：其一致使人类、动物、植物等患病而造成个体死亡；其二微生物对各种工农业材料及其制品的霉腐变质和腐蚀破坏作用。

那么离开地球呢？微生物还存在吗？最近网络上有个视频《中国空间站未来最大的敌人可能是它！肉眼难见，可能迅速繁殖！》再次引起了大家的探讨和关注。

1.无论我们走到哪里，我们都会带上我们的微生物

无论我们走到哪里，无论我们是否愿意，我们都会随身携带微生物。即使在国际空间站 （ISS） 和中国空间站 （CSS） 等“干净”环境中也是如此，这是一个封闭的环境。国际空间站上有一群宇航员，他们生活、呼吸、锻炼和出汗，是微生物的滋生地。



2022年报道在国际空间站上检测到生命的所有微生物域，其中细菌的代表性最强 （82%），其次是真菌 （10%）、病毒 （0.06%） 和古细菌 （0.03%），以及无法识别的读数 （7%）。

2024由詹姆斯·伍德福德基因分析表明，在国际空间站内生长的微生物对辐射和低重力具有适应性，可能对宇航员构成威胁。

2.航天器微生物污染情况

腾讯新闻报道在航天活动中，微生物一直是科学家们担心的问题之一。

微生物通过各种途径进入航天器之后，会在舱内空气、材料表面和冷却水系统等处大量繁殖。微生物会腐蚀舱内材料以及设备线路、元器件；附着有微生物的漂浮性尘埃对舱内空气质量也会造成影响。

空间科学试验发现，微重力和空间辐射等环境因素会使微生物生长繁殖能力增强、毒力增强、抗性增强，微生物代谢活性、细胞功能、基因表达发生变化。

在“礼炮号”、“和平号”空间站以及国际空间站的运行过程中均发生过严重的微生物污染事件。国际空间站采集到多种条件致病菌、腐蚀菌，栖息在不同种类的结构材料中并参与高分子聚合材料及金属材料的生物降解。

3.航天材料微生物腐蚀机理研究进展

3.1霉菌对材料的腐蚀作用

霉菌对材料的腐蚀作用机理可分为3大类：（1）霉菌的直接腐蚀，霉菌利用材料作为碳源进行生理活动，直接导致材料发生降解，主要发生于天然高分子材料和部分合成高分子材料中，如聚氯乙烯和聚氨酯等；（2）霉菌的代谢产物腐蚀作用，霉菌在材料表面的代谢活动会中会产生一系列有机酸，如柠檬酸、乙二酸、草酸和乳酸等，有机酸可以直接作用于金属材料表面使得金属材料被腐蚀；霉菌的附着会改变材料表面的局部环境条件，如改变局部含氧量造成氧浓差腐蚀，或改变局部pH值等。

3.2细菌对材料的腐蚀作用

通常，生物膜的形成会加速材料的局部腐蚀。当细菌在材料表面繁殖时，可以在材料表面形成一层生物膜。生物膜是影响金属材料微生物腐蚀的主要因素，其主要成分为含水量95%以上的凝胶相，同时含有细胞外聚合物（EPS）和悬浮颗 粒等。

本章节摘自北京科技大学白子恒等《空间站微生物腐蚀研究进展》一文。

4.空间站环境微生物控制要求

根据国际空间站医学控制要求文件的规定，空间站空气和物体表面细菌和真菌的控制标准见表1。

中国航天员科研训练中心张红等报道根据我国航天实践结果表明国际空间站的标准是可行且合理的，同样适用于我们。历次航天飞行任务微生物采样与检测是数据积累的过程，但对于我国中长期在轨飞行的数据获取还很有限。

5.NASA Science微生物学项目

太空飞行对微生物生物学和微生物种群的影响在很大程度上是未知的。除了对宇航员的健康构成风险外，在航天器金属表面生长的生物腐蚀性微生物还会损坏设备和硬件。与地球上可以疏散、清空和清洁的游轮不同，在长时间的航天任务中因微生物污染而出现的问题只能使用船上已有的工具和资源来解决。了解微生物物种在这种环境中如何生长并相互影响是为这种情况做准备的第一步。

虽然某些微生物的存在可能会带来问题，但同样重要的是要记住，许多微生物物种在地球的各种生态系统中发挥着重要作用。例如，植物与某些细菌之间进化出的共生关系对于确保植物获得生长和繁衍所需的营养至关重要。生活在陆地水体中的产氧蓝藻有助于补充地球的氧气。甚至生活在我们消化道中的细菌在食物的消化和营养物质的适当吸收中也起着重要作用。某些微生物的存在对于某些植物在太空中的正常生长可能很重要，甚至可能对未来生物再生生命支持系统的生产至关重要。因此，重要的是要记住，在航天器内达到适当的微生物平衡对于成功的长时间太空飞行任务可能至关重要。

当我们研究太空飞行对微生物的影响时，我们考虑以下问题：

Ø哪些潜在的遗传、分子和生化过程会受到太空飞行环境的影响？

Ø航天环境如何影响微生物的繁殖、生长和生理学？

Ø长时间的太空飞行会改变正常的进化变化速率吗？

Ø当微生物群落与其他生物体相互作用以影响共生、生物降解、固氮等过程时，太空飞行对微生物群落有什么影响？

Ø在太空飞行期间，在一些生物体中观察到的变化（例如毒力改变或耐药性改变）的影响机制是什么？

小知识：历史上的空间站都有哪些？

NO.1史上最早的空间站——礼炮1号

礼炮-1号空间站是苏联首个太空站，也是人类历史上首个太空站，于1971年4月19日发射升空。1971年10月11日，礼炮-1号空间站坠轨在大气层中被烧毁。

NO.2 美国第一个环绕地球的空间站——天空实验室号空间站

1973年5月14日美国发射了天空实验室号空间站，是美国第一个环绕地球的航天站。1979年7月11日，地面操作人员向天空实验室发出最后一次指令，天空实验室号空间站进入大气层烧毁。

NO.3 人类首个可长期居住的空间站——和平号空间站

和平号空间站是苏联建造的一个轨道空间站，苏联解体后归俄罗斯。和平号空间站计划正式制定是在1976年。它采用组合式积木结构。2001年3月20日，和平号空间站接受地面指令后坠落于南太平洋。

NO.4 史上最大规模的空间站——国际空间站

国际空间站于1993年由美国、俄罗斯、11个欧洲航天局成员国（法国、德国、意大利、英国、比利时、丹麦、荷兰、挪威、西班牙、瑞典、瑞士）、日本、加拿大和巴西共16个国家联合建造，是有史以来规模最大、耗时最长且涉及国家最多的空间国际合作项目。

国际空间站自1998年正式建站，于2010年完成建造并开始全面使用，是目前在轨运行最大的空间平台。目前国际空间站已经严重老化，空间站运营合约也将于2024年到期，国际空间站退役已经进入倒计时。

NO.5 中国首个空间站——天宫空间站

中国天宫空间站主要由天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱组成。空间站的建造分为多个阶段。首先在2021年4月29日发射了天和核心舱，然后在2022年7月24日发射了问天实验舱，最后在2022年11月1日发射了梦天实验舱。这些舱段通过在轨交会对接和转位操作，最终形成了完整的空间站。

提示：由于编者水平有限、资料来源有限，文中难免有疏漏和不足之处，希望大家互相探讨，及时批评指正，更好促进国内工业杀菌剂的发展。

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