从《星际迷航》到实验室:真菌带给超重力环境的真正挑战

在《星际迷航：发现号》（Star Trek: Discovery）的一集中，由安东尼-拉普（Anthony Rapp）扮演的天体菌学家保罗-斯塔梅茨（Paul Stamets）在太空真菌中与自己相遇。图片来源：哥伦比亚广播公司

来自澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室天体生物学团队的一个小组，利用欧空局在荷兰 ESTEC 技术中心的大直径离心机，测试了真菌菌落在双倍正常地球引力下的生长情况。

到目前为止，澳门团队一直在使用三维回转器（又称随机定位机，可不断改变重力矢量的方向以模拟微重力条件）来测试真菌如何应对失重状态。

欧空局的大直径离心机是一个直径为 8 米的四臂离心机，可让研究人员在高达 20 倍地球重力的超重力范围内进行为期数周或数月的研究。离心机的最快转速可达每分钟 67 转，沿其双臂不同位置布置的六个吊箱重达 130 千克，每个吊箱可容纳 80 千克有效载荷。

因此，研究人员只需转动刻度盘，就能增加重力。LDC 深受生命科学和物理科学团队以及商业实验的欢迎。欧空局内部团队使用离心机来观察航天器材料和部件在发射进入太空时对剧烈加速度的反应。

资料来源：欧空局

LDC 是一个直径为 8 米（约 26 英尺）的四臂离心机，它能让研究人员在高达 20 倍地球引力的超重力范围内连续工作数周或数月。离心机最快时每分钟可旋转 67 转，沿其双臂不同位置放置的六个吊篮重达 130 公斤（约合 290 磅），每个吊篮可容纳 80 公斤（约合 180 磅）的有效载荷。在欧空局生命支持与物理科学仪器实验室团队的支持下，澳门团队利用LDC进行了为期两周的超重力测试。

在欧空局大直径离心机的旋转吊篮内准备暴露于超重力环境的真菌物种。图片来源：欧空局

真菌反应和天体细菌学

真菌菌种一直生长到完全成熟，然后进行检查，以检查遗传或"表型"应激反应。接下来，对其中一个被选中的真菌物种进行第二代超重力曝露，以观察是否有任何应激反应或改变保持不变，或者是否可能观察到累积效应。作为分析工作的一部分，还在欧空局附近的材料和电子元件实验室用扫描电子显微镜对所选样本进行了分析。

玛尔塔-菲利帕-西蒙斯（Marta Filipa Simões）带领澳门科技大学团队将真菌物种装载到欧空局大直径离心机的吊船上。图片来源：欧空局

澳门科技大学该项目的负责人玛尔塔-菲利帕-西蒙斯（Marta Filipa Simões）解释说："太空真菌研究被称为'天体生物学'，是天体生物学的一个分支。《星际迷航：发现号》中的飞船工程师就是一位天体菌物学家，但这确实是一个真正的研究领域，而且越来越重要。真菌进入太空的历史悠久，一旦进入太空就会产生严重影响。"

俄罗斯和平号空间站在老化过程中经历了真菌污染。舷窗变得模糊不清，塑料和金属被腐蚀，进而引发故障，空间站的结构也受到更广泛的关注。

1997 年 1 月 15 日，亚特兰蒂斯号航天飞机在接近对接时看到的俄罗斯和平号空间站。图片来源：美国国家航空航天局

西蒙斯教授补充道："国际空间站的乘员活动室也有自己的问题，较高的湿度导致墙壁受到真菌污染。他们必须定期进行大量的清洁和消毒工作，以防止真菌污染。在像国际空间站这样的封闭系统中，任何时候只要有生物膜（真菌用来保持原位）生长，就会出现问题。这可能是一个严重的问题，因为真菌还可能引发宇航员的感染或过敏反应，而宇航员的免疫系统本身在太空中就处于抑制状态。相反，许多真菌种类在微重力条件下似乎会促进其生长--我们目前研究的一部分就是试图更好地了解其中的原因。"

在国际空间站上观察到的真菌，生长在俄罗斯扎里亚舱的一块面板上，那里晾晒着运动服。图片来源：NASA/ESA

有些真菌总是会进入太空，坚韧的真菌孢子能够附着在各种表面和组织上，比如人体。实际上，航天器洁净室从来都不是纯净的；生物调查显示，它们是真菌和其他微生物的家园。

澳门科技大学研究小组成员安德烈-安图内斯（André Antunes）说："在我们冒险进入太空的过程中，我们永远无法完全摆脱真菌，因此我们需要了解它们。"

超重力测试后的真菌扫描电子显微镜，由欧空局材料和电子元件实验室通过HyperGES计划为澳门大学团队使用欧空局的大直径离心机进行的。图像直径约为100微米，即十分之一毫米宽。图片来源：欧空局

"此外，它们还提供了积极的机遇和风险。在地球上，真菌被用来制造食物（如发酵用的酵母）、药物、工业用的化学酶以及许多领域使用的金属纳米粒子。在未来的太空定居中，可以利用真菌来满足不同类型的需求，包括回收利用或从行星表面开采必要的矿物质。这些被认为是帮助降低成本和确保载人太空探索可持续性的关键所在。"

澳门科技大学该项目的负责人玛尔塔-菲利帕-西蒙斯（Marta Filipa Simões）在欧空局的大直径离心机上观察暴露在超重力下的真菌物种。图片来源：UNOOSA

即将开展的 HyperGES 研究

下一个在大直径离心机上进行实验的 HyperGES 团队来自泰国玛希隆大学。该团队将研究地球上最小的开花植物--水草（甚至比人们更熟悉的浮萍还要小）--如何对重力水平的变化做出反应，以评估其对天基生命支持系统的有用性。