如果说人类擅长什么，那就是繁衍后代。我们繁殖能力如此之强，以至于现在有70亿人在地球上生活。但我们的繁殖能力可能很快就会面临考验。无论是出于人口过剩、环境破坏，还是仅仅为了探索，我们都想走向外星并殖民其他行星。火星需要母亲——和父亲。但鉴于太空普遍存在的恶劣辐射，以及低重力下繁殖的挑战，这说起来容易做起来难。
自20世纪60年代美国宇航局的“双子座”任务以来，研究人员就已知道太空旅行对人类健康有害。科学家们发现，在太空不到两周的时间里，宇航员脚部的骨密度会下降约6%。肌肉萎缩的速度更快。此后我们了解到，宇宙射线在太空中和空间站内无处不在，会导致癌症和组织疾病——并且最终也会对DNA和神经系统造成损害。
太空是一个敌对的地方，即使是对训练有素的宇航员来说也是如此。严酷的环境会对脆弱的胚胎、胎儿和新生儿产生什么影响？它首先会如何影响我们的生殖系统？这些问题的答案在很大程度上仍然未知。科学家们不知道女性是否能在太空中怀孕——更不用说维持怀孕了。
鉴于生物学上的限制，研究人员仍在努力回答一个关键问题：我们如何在太空中孕育快乐健康的婴儿？
精子与卵子相遇
在太空中制造婴儿的每一个环节都充满困难。
据我们所知，迄今为止还没有人在太空中发生过性行为。在没有重力的情况下，仅仅抓住伴侣进行同房可能都很困难。然后，功能正常的精子和卵子仍然需要相遇才能启动怀孕，这需要一系列细胞功能的完美运作。
几十年来，科学家们一直在努力解决太空繁殖的奥秘。在太空竞赛之后，宇航员开始将鱼、线虫、青蛙和蝾螈带入轨道，以测试它们在太空中的繁殖能力。一系列令人惊喜的发现是，它们都成功地产下了健康的后代。但与此同时，科学家们也遇到了瓶颈。1979年，在一艘俄罗斯卫星上，雄性和雌性大鼠在为期18.5天的任务中要么未能成功受精，要么选择不发生性行为——这种啮齿动物的禁欲行为在地球上几乎闻所未闻。后续的对小鼠的实验引发了其他担忧。
与它们黏糊糊、能生育的同类不同，啮齿动物是哺乳动物，它们的解剖结构、生理机能和基因与我们相似。西北大学妇产科的副研究主席Teresa Woodruff表示，小鼠与我们非常相似，因此我们在它们早期妊娠中看到的任何问题，很可能也是我们在自身妊娠中会遇到的问题。其他研究人员也持相同看法。
只有哺乳动物有胎盘。因此，要想了解胎盘发育在太空中的影响，我们必须使用哺乳动物，日本山梨大学先进生物技术中心主任Teruhiko Wakayama说。他花了近十年时间研究哺乳动物——主要是小鼠——如何在太空中繁殖。没有了地球的重力将一切向下压，在轨道上行走、奔跑和搬运重物的需求消失了。因此，我们强壮的骨骼和肌肉也随之消失。由于这种力量对怀孕很重要，并且对胎儿发育至关重要，Wakayama想知道小鼠在这些条件下是否能成功怀孕。
2009年，Wakayama从小鼠体内提取了卵子和精子，然后将它们放入一个模拟微重力的装置（太空飞行员失重状态的技术术语）中。他观察到精子游向卵子，并在几天微重力环境后，他和同事们将胚胎植入普通重力下的雌性小鼠体内。结果好坏参半：虽然许多正常健康的小鼠出生了，但许多胚胎在植入后发育不良。因此，与普通重力下的小鼠相比，这些小鼠的后代数量较少。
为了了解这些结果在太空中的适用性，因为那里的高辐射水平伴随着微重力，Wakayama联系了日本宇宙航空研究开发机构，希望能在国际空间站（ISS）复制他的研究。但这次，宇航员将从活体小鼠身上提取精子和卵子，然后将受精卵全部在微重力环境下转移回小鼠体内。这个计划被证明过于困难，所以小鼠从未去成太空。然而，它们的精子却去了。
Wakayama，现任NASA“太空幼崽”任务首席研究员，冷冻干燥了小鼠精子并将其保存在室温下。2013年，三批冷冻干燥的样品被送往国际空间站，他将研究它们在空间站不同停留时间后的活力。这与研究微重力下的受精和怀孕不同，但这项工作可以让宇航员分析太空辐射对雄性生殖细胞的影响。
Wakayama说，国际空间站暴露在强烈的太空辐射下，可能会破坏精子DNA，从而导致后代发生变化。很少有研究关注DNA受损小鼠的健康状况，但Wakayama正在逐步回答这些问题。
在国际空间站停留九个月后，一些精子显示出轻微DNA损伤的迹象，但仍然产下了正常健康的小鼠。Wakayama的团队现在正在分析在国际空间站飞行三年的样本；最后一批在太空中停留六年的样本将于今年春天返回地球。
如果他的冷冻技术有效，Wakayama计划将冷冻的小鼠胚胎运往国际空间站，以研究问题的下一个环节：找出它们在太空中发育不完全的原因。
太空辐射基础知识
在地球大气层的保护之外，火星居民将受到危险的高能辐射的轰击。它会从太阳的烈日辐射中喷涌而出，也被认为会从遥远的超新星爆炸中溅射出来。这些宇宙射线由原子核（质子和中子）和电子组成，它们在接近光速飞行时会从原子中被击出。
电子消失后，剩余的粒子会离子化，准备将能量传递给附近的物体。这种强大的辐射可以毫不间断地穿透航天器或宇航员的身体。当它与人类接触时，射线会消除其细胞中的电子。众所周知，这种轰击会破坏DNA结构，导致细胞发生突变或死亡，增加宇航员患病的风险。
从小鼠到火星人
小鼠可能是太空繁殖人类的最佳模型之一，但尽管有相似之处，它们与真正的人类仍然相去甚远。
堪萨斯大学医学中心的生殖生物学家Joseph Tash指出，没有功能正常的人类精子和卵子，我们的人类定居点将无法在太空中维持太久。他自1996年起就与NASA合作，直到几年前，他的研究主要集中在太空飞行对小鼠和其他动物的影响。但在2018年4月，他使用了一种类似于Wakayama的方法，将冷冻的精子送入太空——这次是人类的。
这项名为Micro-11的实验，收集了12名健康、生育能力强的男性提供的优质精子。在国际空间站的一个实验室里，宇航员解冻了冷冻的样本，并将其与一种化学混合物混合，这种混合物促使精子开始游动。本质上，这种混合物的化学信号欺骗了精子，让它们以为自己正朝着卵子游去。然后，宇航员使用高倍显微镜拍摄了精子的运动，试图捕捉精子在太空中是否能成功受精。
“在太空中成功生存可能需要激进的、目前不可接受的和/或有争议的决定和行动。”
Tash说：“当你用显微镜观察精子时，可以看到各种各样的变化。你可以看到精子头部发生了一些非常具体的变化，这是精子受精必需的。”精子在接近目标时需要加速，其头部的细胞需要融合在一起，以便足够强大以穿透卵子。如果不能，怀孕就不可能。
这些样本现在已经回到地球，但Tash表示，还需要一年的时间来梳理对它们微小生殖运动的观察，以确定太空精子是否合格。不过，一旦Micro-11完成，他将立即着手解决下一个宇宙难题：女性在太空的生育能力。
他已经发现了一些担忧的理由。Tash研究了2010年和2011年乘坐NASA航天飞机旅行的雌性小鼠。他发现，它们的黄体——卵巢中负责产生性激素和滋养早期胚胎的短暂腺体——发生了恶化。
Tash说：“我们发现，在所有暴露于太空飞行12至15天的雌性小鼠中，黄体要么完全消失，要么数量非常非常少。”这意味着在仅仅两周的轨道飞行后，就出现了潜在的生殖问题。
明年，他计划将活体雌性小鼠送往国际空间站进行为期30至37天的旅行。通过研究它们的生殖周期（从怀孕到出生只需几周），Tash旨在最终弄清楚为什么小鼠在太空中繁殖存在困难。
Woodruff，同时也是西北大学生殖科学中心的主任，正进一步计划进行人类胚胎研究。如果她能获得资金，这项实验将超越小鼠，并将冷冻的人类卵子和精子送往太空，以了解它们是否能够成功怀孕。
这很容易判断是否会发生。Woodruff和一组研究人员最近发现了“锌火花”——当卵子受精时，会闪烁的锌。作为怀孕的指示剂，“锌火花”可以让Woodruff在太空中实际看到人类生命的早期阶段。
家，甜蜜的家
地球和火星可能是邻居，但两个星球的条件却截然不同。人类习惯了地球充足的阳光、重力以及大气层和磁场的保护。另一方面，红色星球则有严寒的温度，只有地球重力的一小部分，并且不受有害辐射的保护。比较起来，火星上的生活可能会让你重新考虑成为一名宇航员的梦想。
扭曲的火星现实
Woodruff和Tash开始研究人类生殖细胞；然而，他们都认为，涉及可行怀孕和太空分娩的全面人类试验，仍遥遥无期。
即使要经过几十年，波兰信息技术与管理大学哲学助理教授Konrad Szocik认为，我们应该开始为太空繁殖的严酷现实做好准备。在去年发表于《Futures》杂志上的一篇论文中，他阐述了在火星定居点生育孩子的非科学意义。
Szocik说：“我们可以预期，火星人口将是任务导向和目标导向的。个人特定的利益和好处可能会完全屈从于集体利益。这在个人自由和个人决定方面可能被视为有问题，但在性生活和生殖生活方面也是如此——这与西方的伦理标准和道德直觉相悖。”
为了在低重力、充斥着辐射的世界里创造一个健康的人口，Szocik说，任务规划者不应排除基因编辑、性伴侣的基因预选和有组织的生育政策等措施——这些想法在地球上属于优生学的范畴。当然，即使有这些预防措施，婴儿也可能出生时带有残疾，而且由于资源非常有限，火星社会可能无法照顾他们。
Szocik说：“在太空中，堕胎和性政策的适用范围可能比在地球上要广泛得多。在太空中成功生存可能需要激进的、目前不可接受的和/或有争议的决定和行动。”
无论其政策多么有争议，在地球之外建立一个定居点都将是人类历史上的一个革命性飞跃。成为一个星际物种的道路是危险的，它一直是谨慎的爬行而非鲁莽的飞奔。我们已经逐步朝着创新但渐进的实验迈进，但离将我们从对火星的欲望梦想中分离出来的冒险研究，还有很长的路要走。
Amber Jorgensen 是《Discover》杂志的助理编辑。这篇特稿最初以“宇宙之城的性爱”为题印刷出版。
这个故事是“生育的未来”系列的一部分，这是《Discover》杂志上探索生殖前沿的新系列。
阅读更多
