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微生物科普：微生物对人类航天领域的影响以及人类的应对之策
微生物科普：微生物对人类航天领域的影响以及人类的应对之策
病毒是地球上最古老的“活化石”，病毒本身并不是完整的生命体，自身不具备传递遗传物质的能力，需要通过寄生在宿主细胞内完成自我复制才能繁衍。所以，单纯的病毒，在哪里都不能长久的生存。但到了太空，人体的免疫功能下降之后，一些潜伏在人体内的病毒也会重新被激活，那么此时的病毒或将变得更具杀伤力。本文中主要细述微生物对人类航天领域的影响以及人类的应对之策。（注：我们通常把细菌、真菌、原生生物及病毒统称为微生物）
广阔且肥沃的美洲大陆上，曾经孕育着和旧大陆与世隔绝的印第安人文明。印第安人在这里创造了神秘的玛雅文明，阿兹特克文明和印加文明。15-16世纪，随着欧洲人大航海时代的到来，他们把天花等疾病带到了这片新大陆。由于当时的印第安人体内没有任何抗体，天花、流感等疾病在新大陆就像死神一样肆虐。印第安人的部落开始大片消亡，阿兹特克帝国和印加帝国也在疾病和战火掠夺中走向了毁灭。短时间内，这片大陆上的原住民几乎损失了90%。
死于天花的印第安人
今天，现代人类依旧面临着这种威胁。随着气候变暖导致的冰川和冻土融化，一些古老的细菌和病毒也在渐渐复苏。于此同时，随着人口激增，人与自然的交织也在变得愈发频繁，人类被微生物感染的风险也在随之增长。进入20世纪60年代末，随着人类的脚步迈出地球，人类与微生物的战争也延伸到了地球以外的太空。这些可能潜在的未知微生物，很可能威胁到地球上绝大多数生物的免疫系统，而人类会首当其冲被第一个伤害。为此，人类为了防止外星病毒与地球生物之间的交互感染，一方面为返回地球的太空舱做了各种巧妙设计和隔离回收方案。另一方面，为了防止地球微生物入侵太空或其它星球，在发射前，地面探测器会做一次彻底的消毒，然后保存在生物屏蔽室中。
1969年7月16日，搭载阿波罗11号的土星五号火箭从美国佛罗里达州的肯尼迪航天中心发射。过去，人类所发射的航天器都是一次性不再回收的。而阿波罗11的任务则需要人类登上月球，然后搭载月球土壤样本返回地球。考虑到微生物容易对原有生物造成毁灭性打击，发射前，美国国家宇航局（NASA）的科学家们就已经认识到了太空中的微生物可能会威胁到人类这一问题。那么登月宇航员是否会夹带着一些神秘的微生物来到地球？如果有一场月球瘟疫，那么人类或许就要遭殃了。NASA的科学家们对任务做了谨慎的安排，当返回舱回到地球降落海面时，潜水员打开舱门的同时迅速让三名宇航员换上隔离防护服，并隔离三周观察以确保他们没有感染任何未知疾病。月球上带回来的土壤样本也被封存起来，同时NASA的科学家用试验小鼠在暴露的土壤样本上反复实验以确保月壤中不含任何对地球生物致命的微生物。除此之外，每一次载人发射任务时，执行任务的宇航员在发射前也要进行一段时间的隔离。
隔离舱中三位阿波罗11号的宇航员
2018年5月5日，搭载“洞察号”火星探测器的“宇宙神”V－401型火箭从位于加州中部的范登堡空军基地3号发射台发射升空，执行人类首个探究火星“内心”的探测任务。发射前，“洞察号”火星探测器在经过一系列测试后被停放在一个生物屏蔽室中，而进入这个存放室则需要经过复杂的清洁程序，这个过程甚至不亚于进入生物实验室。首先，进入的人员必须在含有粘性的地摊上行走以粘掉脚下的灰尘，随后在不接触被污染地面的情况下从上到下穿戴工作服以及靴子。之后佩戴口罩、帽子等防护用品。最后通过强风清洁区清理身上的微尘和细菌。
超净室里的“洞察号”
地面探测器在无菌车间组装，随后存放于生物屏蔽室中。在生物屏蔽室，能够有效防止生物污染。
无菌处理流程是一种减少甚至是消除微生物存在的过程。在太空探索计划中，无菌技术是预防感染的一项基础而又十分重要的技术，无菌技术其目的是保持物品不被污染，以此防止病原微生物传播。无菌技术是在操作过程中，保持无菌物品、无菌区域不被污染、防止病原微生物侵入的一系列操作技术。
与地面探测器的命运截然不同，轨道探测器或航天器不会得到相同的除菌处理。这就是“伽利略号”和“卡西尼号”探测器自毁的原因，以确保探测器上的微生物无法污染卫星，且到达气态行星表面前即被完全焚毁。
美国国家宇航局（NASA）的科学家们在空间探测任务中也会尽量确保在太空中的航天器不会触碰到可能存在生命的星球。2003年，美国“伽利略号”探测器结束了14年的探索生涯。因燃料即将消耗殆尽，探测器无法逃离木星引力，科学家计算轨道后发现，如果任由航天器在失控状态下飞行，将有很大可能撞上木星的卫星欧罗巴。根据“伽利略号”的探测以及哈勃望远镜的数据，木卫二欧罗巴是一颗有着广袤海洋的星球，这颗卫星厚厚的冰盖下，可能孕育着早期的生命形式。因此木卫二一直以来被学界认为是太阳系中最有可能孕育生命的地方，甚至在那层厚重的冰盖下已经孕育了外星生物。因此，美国国家宇航局（NASA）的工程师们控制“伽利略号”在用尽最后燃料前调整了轨道坠入了木星大气中，从而保留了人类探索地外文明的希望。三年后类似的事件再一次重演，美国国家宇航局（NASA）的工程师们再次控制“卡西尼号”在不污染土星卫星的情况下坠入土星的大气中。同时这一壮举为人类揭开了土星环的神秘面纱提供了宝贵的土星大气数据。
2018年2月6日，太空科技公司SpaceX借助一枚猎鹰9火箭将特斯拉定制的一辆Roadster超跑送入太空。迄今为止，这辆红色跑车仍旧在太空遨游。由于Roadster上并未安装动力设备，无法通过变轨进入地球-火星转移轨道，在越过该轨道后，最终将会绕着太阳，以一个大椭圆的方式在地球和火星间运行。马斯克表示，Roadster最终撞击火星的可能性非常小。不幸的是，即便两年过去了，一些科学家仍然深信Roadster会有撞击火星的可能，而且他们担心汽车和乘客Starman上的微生物可能会污染火星。
特斯拉Roadster超跑
2019年4月11日，以色列的“创世纪”月球着陆器在执行任务时因发动机故障坠毁在月球表面。而航天器上刚好携带了一批用于实验的水熊虫。（它们是已知的唯一一种能在太空真空环境生存下来的动物。）这群“地表最强生物”就此在月球安了家。不知道它们在极端的月面环境和宇宙射线中能否殖民月球。
“创世纪”月球着陆器
地球最强生物水熊虫
然而，科学家担心的还不单是地球微生物可能污染外星环境这么简单。在微重力等太空特殊环境下，微生物的变异速度可能会加速，从而表现出地球上尚未演变出的特征，最终成为“太空超级细菌”。而这对于太空中的空间站本身以及执行任务的宇航员来说，则是一个巨大的威胁。为了解决这一问题，科学家们在地球上的实验室中模拟微重力环境下细菌特性，从而更好地预防超级细菌的出现。2014年，为了更好的与地球上的对照组进行比对，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）被送往了国际空间站的实验室中。
长时间在封闭狭小的失重环境中，人类比在地球更容易出现免疫下降等问题。这会导致宇航员体内潜伏的病毒苏醒对宇航员健康造成伤害，常见的比如疱疹病毒（Herpes Virus）。另一方面，微生物可能会给人类探索太空的工具带来一系列的麻烦。微生物属于太空垃圾，且具有破坏性。微生物聚集可能会影响到航天器材的电路板、仪表盘和宇航服。微生物过多会形成生物膜，腐蚀材料，严重威胁航天器的运行安全，缩短航天器的服役时间，不利于人类探索太空。
目前为止，在中国肆虐的新型冠状病毒肺炎仍然呈蔓延之势，并且存在大流行的风险。当我们把目光放大到宇宙尺度，把时间放大到千万年。在人类文明的历史长河中，我们曾数次面临着类似的来自微生物的威胁。天花、梅毒、黑死病、流感、霍乱等流行病曾肆掠人类社会数千年。每一次大流行后，它们都会突然销声匿迹，所发生的一切都会烙印在我们的基因里。可以说，人类史也是一部与微生物的抗争史和共同进化史。而人类文明，就是这样一步一步成长，走向了今天的繁荣昌盛。
北森蒂纳尔岛面积只有约60平方公里，相当于纽约曼哈顿
当我们把目光聚焦在位于印度洋孟加拉湾的一个叫做北森蒂纳尔岛(North Sentinel Island)的小岛上时，我们似乎看到了我们的过去。生存在这个小岛上的森蒂纳尔人(Sentinelese)部落，一直过着与世隔绝的原始生活。他们拒绝与外界接触，只要有外人接近该岛便有丧命的危险。而他们，也面临着外界传染病的潜在威胁。
过去，古人曾望洋兴叹自己的渺小。今天，面对着广袤未知的宇宙，我们又何尝不是另一个印第安人或森蒂纳尔人呢？
寄蜉蝣于天地，渺沧海之一粟。哀吾生之须臾，羡长江之无穷。
《前赤壁赋》苏轼
万事几时足，日月自西东。无穷宇宙，人是一粟太仓中。
《 水调歌头·万事几时足》辛弃疾
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病毒是地球上最古老的“活化石”，病毒本身并不是完整的生命体，自身不具备传递遗传物质的能力，需要通过寄生在宿主细胞内完成自我复制才能繁衍。所以，单纯的病毒，在哪里都不能长久的生存。但到了太空，人体的免疫功能下降之后，一些潜伏在人体内的病毒也会重新被激活，那么此时的病毒或将变得更具杀伤力。本文中主要细述微生物对人类航天领域的影响以及人类的应对之策。（注：我们通常把细菌、真菌、原生生物及病毒统称为微生物）
死于天花的印第安人
今天，现代人类依旧面临着这种威胁。随着气候变暖导致的冰川和冻土融化，一些古老的细菌和病毒也在渐渐复苏。于此同时，随着人口激增，人与自然的交织也在变得愈发频繁，人类被微生物感染的风险也在随之增长。进入20世纪60年代末，随着人类的脚步迈出地球，人类与微生物的战争也延伸到了地球以外的太空。这些可能潜在的未知微生物，很可能威胁到地球上绝大多数生物的免疫系统，而人类会首当其冲被第一个伤害。为此，人类为了防止外星病毒与地球生物之间的交互感染，一方面为返回地球的太空舱做了各种巧妙设计和隔离回收方案。另一方面，为了防止地球微生物入侵太空或其它星球，在发射前，地面探测器会做一次彻底的消毒，然后保存在生物屏蔽室中。
隔离舱中三位阿波罗11号的宇航员
超净室里的“洞察号”
地面探测器在无菌车间组装，随后存放于生物屏蔽室中。在生物屏蔽室，能够有效防止生物污染。
无菌处理流程是一种减少甚至是消除微生物存在的过程。在太空探索计划中，无菌技术是预防感染的一项基础而又十分重要的技术，无菌技术其目的是保持物品不被污染，以此防止病原微生物传播。无菌技术是在操作过程中，保持无菌物品、无菌区域不被污染、防止病原微生物侵入的一系列操作技术。
美国国家宇航局（NASA）的科学家们在空间探测任务中也会尽量确保在太空中的航天器不会触碰到可能存在生命的星球。2003年，美国“伽利略号”探测器结束了14年的探索生涯。因燃料即将消耗殆尽，探测器无法逃离木星引力，科学家计算轨道后发现，如果任由航天器在失控状态下飞行，将有很大可能撞上木星的卫星欧罗巴。根据“伽利略号”的探测以及哈勃望远镜的数据，木卫二欧罗巴是一颗有着广袤海洋的星球，这颗卫星厚厚的冰盖下，可能孕育着早期的生命形式。因此木卫二一直以来被学界认为是太阳系中最有可能孕育生命的地方，甚至在那层厚重的冰盖下已经孕育了外星生物。因此，美国国家宇航局（NASA）的工程师们控制“伽利略号”在用尽最后燃料前调整了轨道坠入了木星大气中，从而保留了人类探索地外文明的希望。三年后类似的事件再一次重演，美国国家宇航局（NASA）的工程师们再次控制“卡西尼号”在不污染土星卫星的情况下坠入土星的大气中。同时这一壮举为人类揭开了土星环的神秘面纱提供了宝贵的土星大气数据。
特斯拉Roadster超跑
2019年4月11日，以色列的“创世纪”月球着陆器在执行任务时因发动机故障坠毁在月球表面。而航天器上刚好携带了一批用于实验的水熊虫。（它们是已知的唯一一种能在太空真空环境生存下来的动物。）这群“地表最强生物”就此在月球安了家。不知道它们在极端的月面环境和宇宙射线中能否殖民月球。
“创世纪”月球着陆器
地球最强生物水熊虫
然而，科学家担心的还不单是地球微生物可能污染外星环境这么简单。在微重力等太空特殊环境下，微生物的变异速度可能会加速，从而表现出地球上尚未演变出的特征，最终成为“太空超级细菌”。而这对于太空中的空间站本身以及执行任务的宇航员来说，则是一个巨大的威胁。为了解决这一问题，科学家们在地球上的实验室中模拟微重力环境下细菌特性，从而更好地预防超级细菌的出现。2014年，为了更好的与地球上的对照组进行比对，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）被送往了国际空间站的实验室中。
北森蒂纳尔岛面积只有约60平方公里，相当于纽约曼哈顿
当我们把目光聚焦在位于印度洋孟加拉湾的一个叫做北森蒂纳尔岛(North Sentinel Island)的小岛上时，我们似乎看到了我们的过去。生存在这个小岛上的森蒂纳尔人(Sentinelese)部落，一直过着与世隔绝的原始生活。他们拒绝与外界接触，只要有外人接近该岛便有丧命的危险。而他们，也面临着外界传染病的潜在威胁。
过去，古人曾望洋兴叹自己的渺小。今天，面对着广袤未知的宇宙，我们又何尝不是另一个印第安人或森蒂纳尔人呢？
寄蜉蝣于天地，渺沧海之一粟。哀吾生之须臾，羡长江之无穷。
《前赤壁赋》苏轼
万事几时足，日月自西东。无穷宇宙，人是一粟太仓中。
《 水调歌头·万事几时足》辛弃疾
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听说，打赏我的人最后都找到了真爱。
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