10月31日8时11分，神舟十六号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。网友们俏皮地说道：“差点忘了，我们天上还住着三个人呢。”

说到天宫空间站住宿问题，不知大家有没有这样一个疑问，空间站里不像我们地面上，天气晴朗的时候还可以晒晒被子、衣服防止发霉，那空间站上会有发霉现象吗？答案是肯定的，哪里有人哪里就有微生物。并且，人类的生活离不开这些微小的有机体，其中很多对人体是有益的。

在比我国天宫空间站运行更早的国际空间站最近的一次检测中，航天员们一共发现了超过55种的细菌。这些样本的采集，共包括空间站的8个位置，既包括航天员的工作实验场所，也包括航天员的生活区，比如睡眠室、餐桌、厕所和运动室。这些细菌的种类，大部分是葡萄球菌、泛菌属和芽孢杆菌。同时，检测还发现了多种真菌、微生物、原生动物和病毒。可以说，目前国际空间站绝大部分空间，已经被微生物所充满。

微生物可以在太空环境中生存吗？

回到1966年，美国的双子星4号飞船携带了T1噬菌体、枯草芽孢杆菌孢子、青微生物孢子等多种微生物进入太空。在经过太空辐射的直接照射16多个小时后，T1噬菌体的存活率只有0.003%。太空辐射对微生物的伤害可见一斑，更不用说完全暴露在真空环境下，微生物长时间受到辐射之后的情况了。

因为有地球大气层的保护，绝大多数生物不会受到辐射的威胁，但是进入太空就不一样了。太空辐射一方面会直接攻击DNA，对DNA造成损伤，轻者引起突变，重则可能导致细胞死亡；另一方面，太空辐射还会将水分子解离，产生具有强氧化作用的基团，进而影响细胞中的各种生化反应过程。

暴露于太空辐射微生物细胞内产生的变化 | 图源：Horneck G, et al. 2010.

面对辐射，细菌也是一样，往往会受到巨大的生理影响（如上图）。这也是为什么在生物实验室中，我们会使用紫外线照射来进行灭菌，确保实验台清洁。

不过，经过多次的探究，研究者尝试了噬菌体、酵母菌、枯草芽孢杆菌等微生物，发现有极少数微生物可以在强烈的太空辐射中生存下来，比如可以生成特殊的胞膜和晶体来保护自己的地衣或者蓝藻。

太空旅行中的微生物研究

由于空间站是一个封闭的系统，微生物到达那里的唯一途径就是搭乘来自地球的补给飞船的物品和抵达的航天员。研究人员投入了大量精力来了解有哪些微生物随行。

美国航天局微生物学家萨拉·华莱士博士说：“我们无法对送入太空的所有东西进行消毒，也不想这样做，但我们做了很多工作来限制潜在的病原体进入空间站。”“发射时，货物、食物、车辆和机组人员都有自己的微生物组，或者说属于自己的一套微生物。当所有东西都到达空间站时，这些微生物就成为空间站微生物群落的一部分。”

该实验室使用传统的在生长培养基中培养样品的方法（类似于高中生物课上的培养皿），在发射包装过程中对所有物品以及运载火箭本身进行取样，确保微生物数量保持在较低水平，并且存在的微生物数量在正常预期内。

航天员在国际空间站上对表面进行采样，用于制作微生物培养装片 | 图源：NASA

空间站的个别区域会有未知微生物生长（比如说，你能看到从水管里掏出的黏糊糊的真菌），多年来，鉴定这些污染物的唯一方法是取样后送回地球。科学家们直到样本返回地面处理后才能得知有哪些微生物。现在已经可以利用设备进行直接的取样-测序鉴定，无需培养样本并将其送回地球。这些设备包括MINIPCR(一种使用聚合酶链反应（PCR）过程来扩增或复制DNA链的设备)，以及MINION(一种便携式DNA测序仪)*。波音公司和美国航天局合作的“太空中的基因3”项目将这两个平台结合在一起，首次对地球外的未知细菌进行了鉴定。

随后，美国航天局的实验室进行了测试，并确认了航行过程中检测的微生物鉴定结果与地面上的结果一致，鉴定具体到了物种层面。

华莱士说：“这是我们首次在地球外收集和培养未知微生物。”她补充说：“我们后来直接使用了拭子-测序方法，这使我们能完全摆脱微生物培养。我们可以擦拭表面并直接对样品进行测序。”

随后的研究推动了在太空中测序的进展，后续的测试显示，与标准的培养方法相比，不需要培养的方法呈现出相同的微生物分布。人们优化了拭子-测序的流程，使空间站研究人员可以极端环境下轻松进行测序。

培养皿，用于培养空间站空气采样器上采集到的微生物 | 图源：NASA

航天员太空中的威胁之一

国际空间站看起来像是太空中一个寒冷、无菌环境，但是分析表明，它是“微生物聚宝盆”。 经过20年的持续有人驻留，空间站上已经形成由55种不同微生物组成的核心群落，依据微生物培养结果，生存数量最多的是葡萄球菌(总样本26%)、泛球菌(23%)、芽孢杆菌(11%)、金黄色葡萄球菌(10%)、康斯皮库球菌(9%)、加文球菌(9%)。

空间站里大部分微生物都能与人类和平共处，但这不代表不会因为长时间宇宙辐射而发生变异，如果它们中的一部分偶然变成超级致病细菌，将对航天员的健康构成严重威胁。

国际空间站航天员晾衣服地方滋生霉菌 丨 图源：NASA

为了最大程度地消灭空间站内的微生物，航天员们使用了很多方法，比如定期用消毒湿巾对经常接触的物品、把手等进行消毒，及时更换空气净化系统的过滤器，利用真空吸尘器进行吸尘作业，但是微生物的结构和生存机制使其很难被完全清除。例如，霉菌可以形成孢子，这是它们的一种生存方式，像植物的种子一样具有极强的适应能力，可以在有利条件出现时重新生长。此外，微生物往往会侵入太空站内的难以触及之处，如空气管道、设备内部和密封隔间等地方，使清洁工作更加困难。

此外，研究发现在微重力环境下，细菌会更容易黏附在人体身上，甚至毒力更强。例如，经历过“太空旅行”的沙门氏菌，相比于地球的沙门氏菌会对小鼠产生更致命的效果。这些研究数据和结果警示着航天员，在太空飞行时应时刻检测微生物情况。

在应对太空站中的微生物问题上，科学家们正在努力研究和开发新的清洁技术和方法。例如，一些研究探索了使用抗菌材料和光催化杀菌技术来减少微生物的数量和污染。

对太空站运行的影响

实际上除了失重与高辐射环境之外，空间站里的一切与地面并没有多大差别，它内部维持着一个大气压强，为了让航天员们感觉舒服，空气湿度与地面也差不多。因此，空间站中的环境对于微生物来说也算是一个完美的环境。

国际空间站的航天员通过微生物空气采样器监测空间站内的微生物情况 | 图源：NASA

因此问题就出现了，因为这类微生物，即使在地面上，也会对人体健康产生负面作用。空间站上缺乏完善的医疗设备和药品，加上长期的太空生活，人体的免疫系统也会出现下降的问题，所以它们对航天员不可避免会造成潜在的威胁。而且，研究人员发现，微生物的细胞体在大量聚集以后，会形成较大的“生物薄膜”，对消杀剂、抗生素等都具有很强的抵抗力，同时也提高了微生物感染人体细胞的能力。

除此之外，这些微生物不但对人体产生影响，而且还会大量聚集在空间站的舱壁和仪器设备的表面，特别是在一些金属物体的表面、窗体密封件以及一些连接器的导线上，对空间站内部设备的运行甚至空间站的整体运行也会造成极大的威胁。这些微生物轻则影响航天员的身体健康和研究者的实验，重则可能会影响整个航天飞行。

还有一个值得担心的问题是，外太空发生突变的微生物，甚至是以微生物形式存在的外星生物，很可能在航天探索过程中被航天员带回地球，进而造成意外的污染。为此，航天员们返回地球的过程中，采取及时有效的监控检测手段，以及消毒灭菌流程，是必不可少的。

既可以是朋友，也可以是敌人

虽然某些微生物的存在可能会带来问题，但同样重要的是，许多微生物物种在地球的各种生态系统中发挥着重要作用。例如，植物和某些细菌之间进化的共生关系对于确保植物获得生长和茂盛所需的营养至关重要。生活在陆地水体中的产氧蓝藻有助于补充地球的氧气。即使生活在我们消化道内的细菌在食物的消化和营养物质的适当吸收中也发挥着重要作用。某些微生物的存在可能对于某些植物在太空中的正常生长很重要，甚至在未来生物再生生命支持系统的生产中也会是决定性的一环。事实上，航天器内达到适当的微生物平衡对于成功的长期航天任务至关重要。

从1987年开始的中国航天飞行中，相应地都会开展微生物育种的研究——研究者借此培育出了生产抗生素（纳他霉素）能力更强的真菌，以用于医用抗生素的生产。随后发射的历代神舟八号、神舟十号、神舟十二号中，也携带了不同的微生物，通过这些太空飞行，科学家们找到了一些携带特定突变的优秀微生物，可以更高效地生产干扰素或者溶菌酶。

10月31日成功着陆的神州十六号载人飞船返回舱，将中国空间站第五批空间科学试验样品交付实验科学家，其中包括了2种农业微生物（芽孢杆菌、人体肠道菌）、3种工业微生物（益生菌、乳酸菌、芳香菌）、和3种食用菌（草菇、黑木耳、羊肚菌等）。

左上：国际空间站外的微生物样本。右上：在南极岩石中发现的微生物，在国际空间站一个火星模拟装置里附着了几个月。左下：神州十六号载人飞船航天育种实验项目。右下：培养皿中含有真菌菌落，这些真菌菌落是从国际空间站上三次微生物追踪一号飞行中的第一次飞行中采集的样本中生长出来的。丨图源：央视新闻、NASA

“来，大家尝一尝，这就是用太空归来的微生物酿造的太空啤酒、太空酸奶，尝尝味道有什么不同？”近日在朋友间一次聚会上，我国空间微生物学家、解放军总医院教授刘长庭兴致勃勃地让大家品尝利用太空技术转化的美食。他说：“我研究了一辈子空间微生物，退休之后最大心愿，就是把空间微生物研究成果应用到老百姓的日常生活中，走到千家万户的餐桌上。”

目前，空间站微生物的研究主要包括三种类别：一是病原微生物，包括航天员太空感染防控、地面难治性感染的防治；二是腐蚀微生物，包括空间站设备的防腐研究、新型抗菌材料的研制；三是工业微生物，包括空间微生物制药产业、空间工业微生物的诱变育种。这些研究帮助科学家更加关注防止和控制微生物对航天员和航天任务的潜在影响。对于未来的深空探索，如火星任务、载人登月等，积累防止微生物和其他微生物的传播经验，提升生物安全管理和相应的卫生措施。

此外，了解太空站内微生物的特性和适应机制，有助于我们更好地探索地球上其他极端环境中生物的生存能力。这对于我们对地球生命的本质和未知生态系统的理解具有重要的启示和意义。

太空站上微生物问题的存在也提醒我们地球上生物和生态系统的脆弱性。地球的生态平衡和清洁环境同样需要我们的关注和保护。通过更加可持续的生活方式和环境保护措施，我们可以减少对地球生态系统的破坏，并维护地球的生命多样性和健康。

参考文献：

1、Burton AS, Stahl-Rommel SE, John KK, Jain M, Juul S, Turner DJ, Harrington ED, Stoddart D, Paten B, Akeson M, Castro-Wallace SL. Off Earth Identification of Bacterial Populations Using 16S rDNA Nanopore Sequencing. Genes. 2020 January 9; 76(11): 76 

(https://www.mdpi.com/2073-4425/11/1/76)

2、Stahl-Rommel S, Jain M, Nguyen HN, Arnold RR, Aunon-Chancellor SM, Sharp GM, Castro CL, John KK, Juul S, Turner DJ, et al. Real-Time Culture-Independent Microbial Profiling Onboard the International Space Station Using Nanopore Sequencing. Genes. 2021; 12(1):106. 

(https://www.mdpi.com/2073-4425/12/1/106)