3月28日，美国宇航局宇航员斯科特·凯利将前往国际空间站执行为期一年的任务。与此同时，一项史无前例的研究也开始了——了解人类在太空飞行中的生物变化。
研究人员将收集大量关于凯利的遗传、分子、生理和其他数据，并将这些数据与他在地球上的同卵双胞胎兄弟、退休宇航员马克·凯利进行比较。这两兄弟在这些数据上的差异将揭示人体如何应对极端环境。
双胞胎研究将花费150万美元，但其结果可能永远不会公布。
斯科特·凯利和马克·凯利
为什么？考虑到凯利兄弟有他们自己的基因序列，如果他们发现一些他们不愿意与其他人分享的敏感医学信息——例如，他们易患某些疾病——那么这项研究的结果将不会公开。
“这是一个全新的领域，我们无法预测将会发生什么，”美国宇航局负责人类研究项目的科学家克雷格·昆特说。
美国宇航局监测了宇航员约翰·格里恩的物理数据，他于1962年完成了环绕地球的飞行，36年后，77岁的他再次飞上太空。双胞胎研究将收集比格伦监测更有用的数据。格伦晚年的身体研究只显示出他能应付太空飞行的事实。但是美国西北大学的神经生物学家玛莎·维塔特娜说，既然地球上还有一对双胞胎，他们的基因完全相同，而且我们可以长时间采集样本，这项研究将会带来许多新发现。
凯利兄弟的研究将首次比较两个基因相同的人类，其中一个将长时间暴露在太空辐射和零重力下。科罗拉多州立大学的辐射生物学家苏珊·贝利说:“这只是一对双胞胎，但我们将在飞行前、飞行中和飞行后检查他们的身体数据。最终，我们将有足够的数据来获得一些有统计意义的数据。”
参与这些研究的基因流行病学家詹妮弗·哈里斯(Jennifer Harris)表示，通过了解在轨道飞行期间哪些基因将被开启或关闭，研究人员将能够更好地了解影响生理变化的基因路径。医生将能够使用更广泛的方法来处理由年老和疾病引起的遗传问题。哈里斯说，如果这项研究的结果能够公之于众，“它不仅对所有的双胞胎都有重大意义。”
美国国家航空航天局和俄罗斯航天局的罗斯科莫斯对人体如何适应太空飞行进行了长期研究，但在现代基因时代，对双胞胎的研究还是第一次。通过这项研究，不仅凯利兄弟将掌握他们所有的基因序列，而且科学家将知道他们的基因表达，基因标记，染色体缩写和其他详细的健康和衰老指标。
纽约威尔康奈尔医学院的遗传学家克里斯托弗·梅森说，“这项研究是对人类最全面的分子描述，是一对双胞胎。”
这项研究的想法是由凯利兄弟自己提出的。斯科特曾经在太空飞行了大约180天。他和俄罗斯宇航员米哈伊尔·科尔涅延科将在太空度过一整年。(和他们一起去太空的宇航员根纳迪·帕达尔卡将在太空度过六个月，并将打破太空中最长累积时间803天的记录。)
在2011年退役之前，马克·凯利已经进行了四次短期太空飞行，并在太空度过了54天。斯科特这次返回地球后，他在太空的时间将是马克的10倍。
这对双胞胎暴露在太空环境中的时间会有明显的不同。斯科特说，“马克在太空中的经历在许多方面与我不同。他从未在太空呆过足够长的时间来适应太空环境并适应它。我有。”
这对双胞胎已经提供了一些样本，包括血液、唾液、尿液和粪便。他们还将在斯科特停留太空期间和返回后定期提供这些样本。两人都将接受一些基因咨询，告诉他们测试结果对他们意味着什么。所有遗传信息仅限于10名核心研究人员参与研究。没有双胞胎的同意，它不会被释放。
昆特说，收集遗传信息对未来的宇航员来说意义重大。例如，如果宇航员的基因信息显示他对空间辐射的电离效应非常敏感，这种信息将影响美国宇航局在选择候选人去太空时的决定。
这项研究中大约一半的项目以前在人类太空飞行中从未做过。
例如，我们从凯利兄弟的肠道中提取微生物。其他研究人员已经研究了太空中肠道菌群会有什么变化，但是像其他双胞胎一样，凯利兄弟最初也有类似的微生物。他们必须记录下他们每天吃什么，尽管马克不必像斯科特那样吃冷冻太空食品。
与此同时，贝利的团队还将检查这两个人的端粒，染色体末端的着丝粒，随着年龄的增长，着丝粒会变短。贝利相信斯科特的端粒在太空生活一年后会比马克的短。她说，了解这些原因对于了解地球上人类的老龄化进程具有重要意义。
梅森还将检查凯利兄弟的DNA和RNA上的化学标记。他说，“事实上，他们是孪生兄弟，这让我们能够进行很好的生物学比较，这让我非常高兴。”
(原文来自nature.com，原作者:亚历山德拉·威茨，蝌蚪君编译。请注明转载来源。)