在太空一年基因就改变7%？宇航员会变成怪物吗？
如果一年的空间站生活让基因改变了7%，那么他会是另一种未知生物。
在国际空间站生活的一年里，NASA宇航员斯科特·凯利（Scott Kelly）并没有变异成基因怪物。
不过在本月里你可能已经有了这种印象，因为
许多媒体都错误地报道了这位宇航员在国际空间站度过一年后基因变化了7%的消息
。
图片来源：网络截图
凯利本人发送了一条诙谐的推特，让局面更加混乱：
什么？我的DNA变了7%！还有这种超展开？我刚从这篇文章里知道。这可以算作好消息！我不需要再说 @ ShuttleCDRKelly 是我的同卵双胞胎了。
—— 斯科特·凯利（@StationCDRKelly）
就如许多人已经指出的那样，这样的解读是完全错误的。
凯利的遗传编码——组成他DNA的成千上万组碱基对——没有改变
。在这项关于凯利的长期研究中，NASA分享的（措辞上让人迷惑的）初步证据，其实是指凯利在太空中和返回时，他的基因使用方式发生了变化。
这件事是一次彻底的新闻失误，起因就是NASA那篇被误读的新闻稿。（在因措辞造成混乱后，NASA于3月15日修改了新闻稿，强调凯利的DNA没有发生根本性变化。）但是这起闹剧也说明我们需要对这件事做出更多解释，从“为什么一开始NASA会对凯利的基因感兴趣”到“DNA的基因表达是如何作用的”。现在就让我们来说明吧！
斯科特·凯利在太空度过了一年，NASA很好奇这会对他的身体造成什么影响
斯科特·凯利和俄罗斯宇航员米哈伊尔·科尔尼延科（Mikhail Kornienko）在2015至2016年间在国际太空站度过了340天，是人类在单次太空任务中的最长停留记录。
NASA前宇航员斯科特·凯利，现已退休。图片来源：Wikipedia
但是凯利和科尔尼延科飞上太空并不仅仅是为了打破记录。这次任务的长度为日后登录火星等其他长期任务提供了重要测试。一次前往火星的旅途需要几个月到一年，NASA很好奇在太空中停留这么长时间会对人造成何种损害。
NASA和它的国际伙伴通常会让宇航员在国际空间站执行六个月的任务。但是只呆六个月也会对宇航员造成一些负面影响。
宇航员在执行任务的时候通常会报告视力衰退，而且在返回地球后也没有立即恢复正常。骨骼可以在微重力的情况下变得脆弱。肌肉会萎缩。在太空中也更难入睡。科学家还担心更长时间的任务会对人体生理造成更严重的影响，从改变肠道中的益生菌水平到降低免疫系统的能力。
NASA将会对比凯利和其他执行了较短太空任务的宇航员的身体。研究的根本问题是：
是不是在太空中的时间越长，对身体的损害就越大？
作为一个实验对象，斯科特·凯利有点特殊性。也许你已经听说过，他有一个同卵双胞胎兄弟叫马克·凯利（Mark Kelly）。马克也是一名宇航员。
这对双胞胎一起去了NASA，指出既然他俩既然有相同的DNA，那么马克·凯利也许能为实验提供有趣的对照。NASA喜欢这个主意，于是公开征集外部研究者来提交如何研究凯利兄弟区别的提案。
最后，
NASA的这个命名为“双胞胎实验”的项目总计收获了10个研究项目，内容从研究凯利兄弟的认知能力到通过他们基因表达的变化去找代谢变化的征兆
。
马克（左）与斯科特（右）。图片来源：extremetech
实验的控制做得不算完美（后面部分会有更多解释），但是因为研究者有两个双胞胎在多个节点的数据，所以可以进行比较。如果在这段时间里，斯科特与马克在任何一项测试中的水平相差太大，那也许就可以把这种变化归咎于斯科特在太空中停留的时间。
NASA的新闻稿是如何被误读的
现在来讲讲事情是如何失去控制的。2018年1月31日，NASA在发布的新闻稿写道：
“研究者现在知道斯科特93%的基因在返回地球后恢复了正常。然而，剩下的7%可能导致与免疫系统、DNA修复、骨骼形成网络、低氧以及高碳血酸症相关基因的长期变化。”
这篇新闻稿在一月发出时吸引了一定的关注。NASA没有提到最终研究的结果（预计在今年晚些时候放出）。这更像是一个提醒：嘿，我们还在做这项研究呢。
如《大西洋月刊》所说，在三月中旬，一些媒体“因为尚不清楚的原因”就盯上了这篇新闻稿。
举个例子，《新闻周刊》的头条是“斯科特·凯利：NASA双胞胎实验确认宇航员的DNA在太空中会发生变化”。“生活科学”网站（Live Science）发布了一篇类似的文章，但随后令人敬佩地承认了错误：“关于斯科特·凯利太空基因的故事，我们完全搞错了。”
这篇新闻稿被大肆误报的部分原因是
NASA没有解释“基因变化”的含义
。
斯科特·凯利的DNA并没有改变
。
如果你的DNA改变了7％，你将不再是一个人类
。人类和黑猩猩拥有98.8％相同遗传编码。如果你7％的基因发生了变化，谁知道你会变成什么。NASA还在报道中说这种基因变化发生在一个“太空基因”中，这也造成了误解。
事实上，NASA所说的“太空基因”仅仅是指在太空旅行中有可能受到影响的基因
。
斯科特·凯利仍然是一个人类。而且他还是马克·凯利的双胞胎，他们有着一样的DNA。那么，是什么改变了呢？
简单来说，改变的是基因表达
人类有约20000个基因，分布在23对染色体之中。你身体内的每个细胞都有这些基因的全套。尽管如此，我们的细胞是不一样的——比如，神经细胞跟胃壁细胞一点都不相似。它们的功能也大不相同：一个是在神经系统里传递电信号和化学信号的，另一个则释放胃酸帮助人类消化食物。
这些功能差异不是因为DNA的不同，而是由于它们表达的不同
。复杂的化学路径以及反馈环路会让一些特定基因打开或关闭。每个基因会编码蛋白质（人体内的一个构建块），根据基因的开闭状态，建造出不同的结构，产生不同的反应。
基因表达如果发生了微妙变化，也不会让你的神经元变成血细胞，但是它可以改变细胞的工作状态。
基因表达的变化可以导致细胞癌变，或者引出一连串事件导致心脏病患病率增大
。
确定基因表达的变化有几种不同的方法。一种是查看RNA的水平，这个信号分子帮助基因执行并创建它编码的蛋白质。另一种方法是查看甲基化水平。甲基化是指DNA分子被一种化学物质标记。正如《自然》解释的一样，这种化学物质可以让基因的一部分无法开启。
NASA表示基因表达的变化与“斯科特·凯利的免疫系统、DNA修复、骨骼构建网络、缺氧以及高碳酸血症有关”。
这段话说的太简略了，所以我们必须等待最后的论文才能更好地评估这些发现
。NASA更新了新闻稿，声明凯利7%的基因表达变化是“非常小”的，而且很可能处于“人类承受压力时——比如登山或潜水——发生变化的正常范围之内。”
双胞胎研究还涉及对凯利端粒变化的研究。端粒是染色体上像帽子一样的DNA序列。端粒长度的变化是衡量细胞健康的一个粗略标准。随着年龄的增长，端粒往往会变短。但古怪的是，NASA的报告说凯利的端粒在太空中变长了。这是我们在最终论文发表时要更仔细评估的另一件事情。
现在来说一年的太空旅行如何影响凯利的长期健康还为时过早
总的来说，现在很难知道是太空飞行的哪些方面导致了这些改变（如果这些改变是真实的）。
原因是：
基因一直在打开、关闭，而“基本上所有事物”都可以影响开闭
，明尼苏达大学的遗传学研究员兰·贝克曼（Ran Blekhman）说。压力、饮食、接触病原体、肢体活动，甚至孤独都可能会调整基因开启和关闭的方式。许多基因还会以昼夜节律运行，这意味着它们以24小时为周期循环开闭。甚至有一项研究发现冥想改变了基因表达。
所有这些干扰，都让辨别基因表达中有意义的变化（比如让癌细胞和健康细胞产生差异的变化）和找出造成这些变化的根本原因变得非常困难。
如果基因表达出现变化，那也很难说是太空旅行的哪一个因素导致的
。这些变化可以被归咎为生活在微重力的环境下、缺乏运动、睡眠质量差或是吃冷冻干燥的食物。同时，也有随机变化的可能。
所以，我们可以从这个双胞胎实验中学到什么呢？
安迪·费因伯格（Andy Feinberg）是约翰斯霍普金斯大学的一名分子生物学家。他参与了凯利双胞胎实验，任务是研究双胞胎基因的甲基化。（新闻稿和他的研究无关，涉及的是另一个实验室的结果。）
他说，计划是要所有参与双胞胎计划的研究者起草一份学术论文，让同行进行审议，然后希望有学术期刊能接收这篇论文。
费因伯格告诫说，在双胞胎研究中进行基因检测，目的不是得出太空对我们基因有何影响的最终结论。
你永远没法靠单个实验对象和单个对照样本做到这一点
。“你可以据此建立一个假设，但你无法证明任何事情。”他说。
以及总体来说，研究者不光在关注基因，他们还关注认知功能、免疫功能、新陈代谢以及生命体征的检测。通过全部研究得来的数据，可能会得到关于太空如何影响健康这一复杂问题的线索，以及要依靠未来任务进行验证的假设。
费因伯格说，有一件被低估但也许更加重要的事情：这个双胞胎实验是科学家改进宇航员生理测试实施方法的一种途径。比如说，费因伯格说他和同事花了一些时间在“呕吐彗星”上。“呕吐彗星”是NASA的模仿零重力环境建造的飞机，所以对于从宇航员身上抽取血液样本这件事，他们可以建立严密的取样流程。
“仅仅搞清楚如何做这些事本身就很重要。”费因伯格说。即使结果仅仅能提供一个可以在未来检测的理论，那也足够了。他说，
让人类为星际旅行做好准备是几代人的工作
。这项研究仅仅迈向未来的一小步。
所以，科学家也许不会从斯科特和马克·凯利身上知道太空能对我们的基因造成多大影响。但是他们会更清楚，如何在未来回答这个问题。
翻译：锦衣Reload
审校：vicko238、Ent
排版：晓岚
题图来源：
extremetech
编译来源：
Vox, Scott Kelly’s genes and NASA’s twin study on him, explained.
译文来自果壳网
转载请联系授权: sns@guokr.com
投稿请联系scientificguokr@163.com
果壳
科学人
编辑：太阳骑士07
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