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“样本保存完好,所有环节都达到了预期!”11月17日,山东理工大学生命与医药学院的实验室里,曹忠红教授谈及随神舟二十号归来的48段涡虫样本,眼角眉梢满是藏不住的激动。这批来自淄博沂源小河沟的“生物界孙悟空”,历经204天太空历练,圆满完成国内首次涡虫空间再生科学实验,带回了全球独一无二的再生生物学数据,而这背后,是山东理工大学科研团队20多年的执着与攻坚。
5.2亿年“再生大师”的星际冒险
“你看这小小的虫子,藏着大大的能量!”曹忠红教授小心翼翼地展示着实验室里涡虫。这些身长不足指甲盖的小家伙,来自沂源的小河沟,却是地球上存活了5.2亿年的“老寿星”,更是拥有“断肢重生”绝技的“再生大师”——曾有科学家在实验中把一条涡虫切成279份,一周之后,每段都能再生成一个完整的涡虫,成为人们研究再生、抗衰老等一系列问题的有效模型生物。
今年4月24日,神舟二十号载人飞船点火升空,48段精心筛选的涡虫片段悄然登舱。它们被装载在团队自主研制的涡虫芯片中,这个巴掌大的“太空之家”暗藏玄机:既能保证涡虫存活所需的环境,又能兼容空间站生命生态柜,还能通过地面遥控完成自动换液、拍照等一系列操作。
“这可不是简单的‘搭便车’,而是一场精准到秒的科学实验。” 曹忠红介绍,不同于国际上此前的实验,团队创新设计“三时间点、三样本量”策略,让涡虫到空间站才启动再生过程,再生过程中进行图像采集,还在关键再生节点完成样本固定。在轨204天里,这些淄博小虫在微重力和空间辐射的太空环境中默默生长,而地面实验室的“对照组”则同流程启动实验,以1:1复刻的流程,确保实验结果的科学性。
11月14日,当样本随神舟二十号返回地球,所有涡虫片段100%存活,再生过程图像完整,样本固定状态良好。“它们没辜负我们的期待,带回了最珍贵的‘太空答卷’。”曹忠红笑着说。
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曹忠红教授正在挑选涡虫。
一场“工程 + 科学” 的双重挑战
“把涡虫送上太空,难的不是‘送上去’,而是‘活下来、测得到’。” 谈及实验难点,曹忠红语气凝重。这场看似“小虫闯太空” 的冒险,实则是一场跨越工程与科学的双重攻坚战。
首先要攻克的是“太空房子”的设计难题。活的生命对生存环境要求都比较高,而空间站的空间有限、环境复杂,且所有操作都需通过地面遥控完成,不能依赖航天员手动干预。“光是涡虫芯片,项目团队就改了数版。” 曹忠红回忆,团队先让涡虫在“裸盒”中存活,再逐步衔接自动化控制系统,每一次调整都要经过无数次测试。为了应对上行时的剧烈震动,防止携带的营养液、固定液泄露,项目团队反复开展力学测试,“有时候补好了这个漏洞,那个问题又冒出来,前前后后折腾了一年多,才达到空间站‘零失误’的要求。”
其次是实验流程的精准把控。空间实验容不得半点马虎,从样本筛选到在轨操作,每个环节都要做到 “极致”。用于上行的涡虫,要经过层层筛选:体长必须在8—10毫米,要有清晰的双眼点,健康且活泼。选定的涡虫被切成头、中、尾三段后,还要优中选优,最终只有48个片段获得“飞天资格”。在轨期间,地面团队要实时运控实验进度,根据空间站传回的图像调整参数,“第一次远程操控时,我们都盯着屏幕不敢眨眼,直到看到涡虫状态稳定,才松了口气。”
更难的是“天地同步”的对照设计。为了排除操作误差,地面实验必须严格遵循太空实验的时间节点——太空样本装配后多久启动再生,地面样本就等待相同时间;太空样本何时换液、何时固定,地面也分秒不差地同流程操作。“太空样本上行需要一定时间,地面不用等,但我们特意按相同时长,就是为了确保唯一的变量是实验环境。”曹忠红解释,这样才能更准确捕捉微重力和辐射环境对涡虫再生的影响。
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从申报折戟到立项成功的坚守
“从第一次申报到样本返回,我们等了近十年。” 曹忠红的思绪拉回2016年,彼时国家发布第二批空间站实验指南,团队满怀信心启动申报,却在整理材料、设计流程的过程中遭遇“滑铁卢”。“很多关键技术储备不够,实验方案无法落地,只能暂时搁置。”但团队没有放弃。此后数年,他们沉下心来积累基础:完善淄博三角涡虫的基因组数据库,深入研究其再生机制,整合空间生物学研究背景,一步步弥补短板。2019年,国家再次发布空间站项目指南,团队重启申报之路,却又遭遇疫情冲击。之后,团队先后经历多轮科学评审和可行性论证,优化实验设计的每一个细节。
2022年,好消息传来 ——“空间微重力和辐射环境对涡虫再生的影响及作用机制探索”项目正式获批立项。“当时我们团队都沸腾了,感慨我们真的‘活下来’了。” 曹忠红回忆,空间站实验项目竞争激烈,很多项目在中途被淘汰,他们能脱颖而出,离不开山东理工大学20多年的涡虫研究积累,以及“工程 + 科学” 的跨界整合能力。
立项后的三年,团队更是争分夺秒。从涡虫芯片的最终优化,到极限环境下的反复测试,再到样本的筛选与准备,每个环节都精益求精。“科研没有捷径,唯有坚守与付出。”曹忠红感慨。
如今,这批 “太空涡虫” 已安全 “回家”,团队正紧锣密鼓地开展后续分析。“这些样本承载着我们的希望,也希望能为人类延缓衰老、促进损伤修复提供新的线索。”曹忠红表示,未来团队还将设计更多实验,持续探索再生生物学的未知领域。
小小的淄博涡虫,承载着大大的科学梦想。这场跨越20多年的太空探索,不仅见证了科研工作者的执着与坚守,更彰显了淄博科技创新的硬核实力——从沂源小河沟到浩瀚太空,一条属于 “淄博小虫”的探索之路,正在为人类健康事业点亮新的希望。
(大众新闻•鲁中晨报记者 王丽 )
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