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太空冬眠非你所想象

2018-02-01 09:02:17 | 标签:太空冬眠 | 编辑:木予心 | 阅读数量:425 | 文章来源:大科技

2016年底上映的科幻大片《太空旅客》再次引发了人类对太空冬眠旅行的设想。

      2016年底上映的科幻大片《太空旅客》再次引发了人类对太空冬眠旅行的设想。电影里,男女主人公乘坐宇宙飞船前往太空殖民地,以睡觉并冷冻冬眠的方式飞行120年,到目的地后再唤醒,这样120年航程就不会对生命衰老造成影响。



       睡眠、冬眠大不同


      诚然,电影里这种构想是十分美好的,等于变相地延长了人类寿命。那么现实中呢,当今科技真的能通过冷冻冬眠让人活得更久?


      先看看何为冬眠。一般在寒冷季节,有些动物会通过降低体温的方式而进入类似昏睡的生理状态,以此节省能量保证自己度过冬天,这就是冬眠。个别灵长类动物可以冬眠,但人类不会。研究发现,动物冬眠时,体温下降,新陈代谢速率降低,处于类似昏睡状态,但期间会被周期性的觉醒打断,保证体温不会过度下降。



      起初,人们把冬眠认为是动物在持续地睡眠。但后来发现,睡眠和冬眠的生理特征是非常不同的。睡眠不会使体温下降,并且新陈代谢能保持正常运行。它是动物(包括人类)机体的一项正常生理功能,每天都不可缺,像吃饭一样,如果缺了,第二天还要补回来。而且睡眠时呼吸、心跳等各项功能都是正常进行的。但冬眠时,新陈代谢等功能非常微弱,甚至几乎暂停了。


      因此可以说,睡眠和冬眠是两种完全不同的生理状态。它们无法并存,如同冬眠时无法进食一样,冬眠时也无法睡眠。从这个意义讲,《太空旅客》里所谓“以睡觉并冷冻冬眠”的方式飞行是不现实的,由此也导致后续情节中冬眠“苏醒”时的矛盾。


      女主人公本来处在“冷冻冬眠的睡觉”状态,但被男主唤醒了。她在冬眠舱里睁开眼睛时,就表现出很清醒的状态,清楚听到飞船上计算机的声音。而实际上,处在深度睡眠状态的人被唤醒后,第一反应是翻个身继续睡,不会那么清醒的。


      科幻为何喜欢太空冬眠?


      其实,不只这一部电影描写了以冷冻冬眠进行太空旅行,很多科幻电影都涉及到此话题。这缘于两方面原因。


      第一,睡眠和冬眠具有某些相似性,至少从表面上看几乎是一模一样。动物冬眠研究发现,随着新陈代谢进入极端的微弱状态,身体和大脑的能量消耗大大降低,进入一种昏睡状态(生理功能几乎停止,接近死亡);同时血小板和白细胞会从血液慢慢流向淋巴结,并囤积在那里,这可以防止因长时间静止而造成的血液凝块,并且避免将来体温恢复时可能导致肾脏损害的炎症并发。这些从外表上来看,好像与睡觉一模一样,曾经很长一段时间科学家也以为冬眠就是在冬天睡觉。



      第二个原因,冷冻冬眠是伴随科幻小说诞生就兴起的,通过这种方式可以造成不同时空的“错乱”“穿越”,为主人公提供了情节铺垫。


      而且,这种方式还受到正规科学研究机构——美国航空航天局的支持。它努力使科幻小说中的冬眠旅行成真,长期致力于此类技术研发,也取得了一定成果。研究发现,以37℃恒温为前提,若冷冻冬眠,那么体温每下降一度,新陈代谢就减慢约7%。目前所能控制的最低温是32℃恒定体温,它能保持神经系统功能正常,这关乎呼吸和心跳能否正常运行,是至关重要的。若再降低,就无法控制了,是致命的。


      临床医学的低温冷冻


      即使如此,冬眠研究依然给医学带来了新的启发和突破。多年来,医学的急诊领域一直寻求某种技术,可以争取更多抢救医治时间。


      某些受伤特别严重的患者送到医院时,生命是以分钟为单位来计算的,时间极其宝贵。这时冬眠技术便能派上用场。医生们会以主动冷却的方式,使部分身体组织被动进入“冬眠”状态,间接“切断”组织细胞的血液供应(新陈代谢减慢,耗氧量减少),从而赢得抢救时间。同时,还会给患者注射小剂量麻醉剂,防止患者因冷却而身体发抖。



      现在这种短暂冷却技术,在有些医院已成为一种常规抢救程序。那么,未来它能否用于太空旅行呢?


      太空旅行需要冬眠


      如果真实现《太空旅客》里冬眠120年丝毫不影响身体健康的技术水平,绝对是人类一大突破。然而若照目前研究发展,即使短暂的冬眠,对人类的太空探索仍是有很多好处的。


      首先,可以减少物资供应。比如未来殖民火星时,从地球飞往火星约需6个月航程,船员进入冬眠状态,可以降低新陈代谢和能量消耗。这意味着原本6个月生活的食物、能源消耗可以压缩至1个星期,甚至根本不需要,大大节约发射成本,同时可以携带更多殖民装备,大大提升殖民效率。


      其次,有益于宇航员的健康。失重状态下,宇航员的脊髓液会上升浸入头骨,增加脑压,这会导致大多数宇航员视力下降。另一方面,失重还导致宇航员肌肉萎缩和骨质疏松。在6个月航程中,避免这些健康隐患的最好方法,就是冬眠。不需要每天必须保持一定运动量才能维持肌肉骨骼正常,只需要在冬眠时给予肌肉和骨骼一定的神经刺激(微弱电刺激)就能实现。正常有意识状态下,微弱刺激也会让人感觉不舒服,但冬眠时人们根本不会觉察到。



      再次,可以避免宇宙辐射。太空飞行会使宇航员长期暴露于宇宙辐射,导致严重的健康隐患,增加癌症风险。如果建造包裹宇宙飞船,甚至只是包裹整个居民区的大面积有效电磁护盾,成本也过于巨大。冬眠就是一种比较可行的解决方案。


      因为冬眠会限制宇航员的活动范围,基本上全程只呆在小小的冬眠舱里。为冬眠舱建造磁护盾,则是可行的,能保护宇航员整个身体免受辐射。实际上,这种方案已经被提上了研究日程。


      在浩瀚宇宙面前,人类短暂的生命,实在“惨不忍睹”。正因此,对人类冬眠的研究也显得很迫切。美国军方展开了更激进的实验,他们开发一种新技术,用低温盐溶液置换血液,以期把人快速冷冻、冬眠。新陈代谢将完全暂停,心跳也暂停,呼吸也会停止,大脑也不存在明显活动。目前只对狗进行了实验,快速置换血液后,冷冻冬眠了3个小时,然后被“唤醒”,成功恢复正常。未来,或许这些狗将成为第一批太空旅行的“乘客”。

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