科学家将细菌孢子装入火箭的有效载荷舱。图片来源：Gail Iles，皇家墨尔本理工大学(RMIT University)
火箭发射时产生的力量足以使金属变形并将人体推向极限。然而，枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)——一种支持肠道健康的常见细菌——现已证明它能够承受进入地球轨道的严酷旅程。
在发表于《npj Microgravity》杂志的一项研究中，一个由澳大利亚领导的团队将枯草芽孢杆菌(B. subtilis)孢子送至太空边缘，测试它们能否承受太空飞行条件。这些细菌不仅经受住了高达地球重力13倍的加速度、数分钟的失重状态以及再入大气层时30g的减速，而且完全毫发无损。
"我们的研究表明，对人类健康重要的一种细菌能够承受快速的重力变化、加速度和减速度，"皇家墨尔本理工大学(RMIT University)特聘教授、该研究的合著者埃琳娜·伊万诺娃(Elena Ivanova)表示，"这拓宽了我们对长期太空飞行对生活在我们体内并保持我们健康的微生物影响的理解。"
太空旅行的微生物
当宇航员前往国际空间站、月球或更远的地方时，他们并非独自一人。每个人体内都携带着数万亿的微生物，这些微生物在人体内外形成一个重要的生态系统。这些微生物帮助消化食物、塑造免疫系统，甚至影响心理健康。保持这些微生物的良好状态对人类健康至关重要。
到目前为止，大多数太空微生物学研究都集中在那些在国际空间站上停留数周或数月的微生物上。这些实验表明，细菌在轨道上可能表现异常，例如形成更厚的生物膜、改变基因表达，有时甚至对抗生素产生更强的耐药性。但很少有研究人员考察实际发射和返回过程中会发生什么，这两个阶段是任何任务中最剧烈的阶段。
这正是此次飞行的独特之处。皇家墨尔本理工大学(RMIT)团队与澳大利亚太空初创公司ResearchSat和瑞典太空公司(Sweden's Space Corporation)合作，将冻干的枯草芽孢杆菌(B. subtilis)孢子装入定制的3D打印微型管支架中，并从瑞典北部的埃斯兰奇太空中心(Esrange Space Center)发射的两级探空火箭上发射。
在上升过程中，火箭达到了257公里的高度，技术上已超过标志着太空边界的卡门线(Kármán line)。它在第二级燃烧期间经历了最大13g的加速度，随后是363秒的微重力——略超过六分钟的近失重状态。然后是返回阶段：当航天器重新穿过大气层时，它以每秒220转的速度旋转，并在降落伞展开前承受了高达30g的减速度。
当有效载荷被回收并检查细菌时，研究团队发现孢子的形状及其萌发能力没有任何变化。在扫描电子显微镜下，它们看起来与地面样本完全一样。
为什么这很重要
对伊万诺娃和她的同事们来说，这一结果表明，一些对人类健康至关重要的细菌比我们想象的要坚韧得多。"通过确保这些微生物能够承受高加速度、近失重和快速减速度，我们可以更好地支持宇航员的健康并开发可持续的生命支持系统，"皇家墨尔本理工大学(RMIT University)副教授盖尔·艾尔斯(Gail Iles)表示。
但这些发现也引发了一些问题。如果地球上的细菌能够承受太空飞行的暴力，它们是否会意外地搭便车前往火星？行星保护专家长期以来一直担心，这些坚韧的微生物可能会在火星土壤中生根，从而干扰未来对火星生命的搜索。
然而，直接的影响更贴近我们的生活。理解微生物的韧性可以帮助科学家设计新技术，从用于太空栖息地的益生菌系统到改进微重力下的药物递送方法。伊万诺娃补充说："这项研究的潜在应用远远超出了太空探索。它们包括开发新的抗菌治疗方法和增强我们对抗抗生素耐药性细菌的能力。"
显微镜下的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)图像。图片来源：Wikimedia Commons
尽管具有强大的韧性，但枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)首先是一种朋友，而非敌人。这种细菌生活在土壤和我们的肠道中，支持消化和免疫健康。它的孢子可以承受热量、辐射，正如这项研究所示，还能承受太空飞行的湍流。
"值得注意的是，在经历了如此快速和极端的加速度、失重和减速度事件后，太空孢子在形态或活力方面均未表现出任何变化，"作者在论文中写道。
目前，皇家墨尔本理工大学(RMIT)团队专注于实际目标。他们正在寻求资金以继续微重力研究，希望这些微小的旅行者能教会我们如何在远离家园的地方生存——甚至茁壮成长。
正如伊万诺娃所说："这拓宽了我们对生物体如何响应太空独特环境的整体理解。"
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