人类可在太空旅行中冬眠吗?新研究:不可能,除非增重200公斤!

想象一下,你是一名宇航员,正在外太空旅行,不过这不是到月球的短途旅行。相反,这次旅行将持续 120 年。但要到达旅途的终点,你需要利用科学手段和环境控制大幅减少身体的新陈代谢活动和需求,从而进入所谓的“冬眠状态”,如好莱坞科幻电影经常想象未来人类能够躺在一个‘休眠舱’里进行星际旅行。但这个真的可能实现吗?

人类可在太空旅行中冬眠吗?新研究:不可能,除非增重200公斤!插图

当然,我们尚未开始任何超越太阳系甚至地球-月球系统的长途太空旅行,但科学家们严重质疑是否有可能将人类置于某种保护性睡眠状态。发表在《英国皇家学会学报 B》杂志上的一项最研究中,智利南方大学的生态学家罗伯特·内斯波罗(Roberto Nespolo)领导的团队分析了不同哺乳动物在冬眠期间节省了多少能量。结果显示,人类靠着所谓的“冬眠”在太空旅行中沉睡百年再醒来根本做不到

冬眠之谜!

科学发现,冬眠的本质是体温调节。动物冬眠是为了在寒冷和食物或水缺乏的时期生存下来,从而将它们的心率、呼吸和其他重要功能降低到它们正常生命的一小部分,而体温则降低到接近环境温度。

而降低身体的核心温度会导致“麻木”的低代谢状态,在这种状态下,动物几乎不需要食物。我们“温血”动物燃烧的大部分卡路里用于维持我们的体温,即我们的基础代谢率。比如我们的灵长类表亲,肥尾鼠狐猴 (Fat-tailed dwarf lemur),当食物供应减少时,它的新陈代谢率也会急剧下降,将它们的热量需求降低到 2%。

人类可在太空旅行中冬眠吗?新研究:不可能,除非增重200公斤!插图2

不幸的是,人类似乎有一个固定的阀门:37 摄氏度。除了微小的日常波动(例如与睡眠同时出现的夜间下降)外,我们的体温变化只是作为危险的迹象——发烧或体温过低,仅仅几度就意味着健康和即将死亡之间的差异。

这个阀门长期以来被认为是不可变的,但它也可能不是。虽然人类通常不会凭自己的意愿进入休眠状态,因为我们的身体通常会通过颤抖来阻止它,但科学家认为,人类并不缺乏单一的“休眠分子”或器官。事实上,在极端情况下,人类可以被诱发进入麻木的低代谢状态。

一个例子:

1999 年,放射科医生 Anna Bagenholm 博士在挪威滑雪时掉进了冰冻的溪流中。当她被找回时,她已经在冰下被冰冻超过 80 分钟。无论如何,她在临床上已经死了——没有呼吸,没有心跳,而且她的体温降至前所未有的13.7 °C。

人类可在太空旅行中冬眠吗?新研究:不可能,除非增重200公斤!插图4

然而,当医生开始给她的胸腔加温时,她的体温逐渐恢复,心室开始收缩。十分钟后,她的心脏恢复了正常的窦性心律。到第 12 天,她睁开了眼睛,最终她完全康复了。

其实这样的案例在过去几十年里屡次出现过,科学家认为人类遭到短期深度冷冻后,身体迅速冷却到一种保护性的代谢麻木状态,保护了所有重要的器官和组织,同时减少了对血氧的需求。所以自1960年代以来,医生一直采用“治疗性低温”——在几天内将体温降低几度,来帮助脑损伤或癫痫患者保持假死状态。简单来说,如果你在心脏停止跳动之前足够快地感到寒冷,那么重要的器官,尤其是大脑,就可以忍受一段时间没有血液流动的寒冷。

如果一个致命的伤员可以保持生命,那么温度是否可以在不太极端的情况下用于减缓新陈代谢过程?那一个人能在健康状态下“冬眠”多久?或者说,人类能不能进行太空冬眠?

人类可以冬眠吗?

由于治疗性低温的前景如此之大,引起了科学家的无限遐想,以至于NASA在2014 年开始资助SpaceWorks进行长期冬眠的研究,以执行火星任务。

人类可在太空旅行中冬眠吗?新研究:不可能,除非增重200公斤!插图6

SpaceWorks的研究发现,熊似乎是人类在太空中冬眠的最佳榜样。它们的体重与人类相似,体温仅降低几度,这对人类来说是安全的。像熊一样,宇航员在进入睡眠之前需要获得额外的身体脂肪。

在冬眠期间,棕熊和黑熊会退回它们的巢穴,经历六个月的禁食。如果一个人在床上躺了六个月,就会出现肌肉、骨骼强度的重大损失,并增加心力衰竭的风险。但熊从冬眠中醒来,只需要大约 20 天就可以恢复正常。这告诉我们,冬眠可以防止肌肉和骨骼的萎缩,并防止组织损伤。

人类可在太空旅行中冬眠吗?新研究:不可能,除非增重200公斤!插图8

SpaceWorks当前的研究成果是,将一个人的核心温度降低到 32 摄氏度,然后让他镇静以阻止身体对寒冷的自然防御——发抖。当患有创伤性损伤(例如心脏骤停)的患者由于血流不足而需要额外的时间来治愈时,研究人员会使用这种称为“治疗性低温”或“目标温度管理”的做法。降低的温度使患者进入无意识状态并充当神经保护剂,减慢他的新陈代谢率并降低他的缺血性损伤风险(由于低血流导致组织缺氧和其他营养物质损伤)。一旦他康复,研究人员可以让他恢复温暖并解决其他伤害。

然而,患者维持这种状态只有几天时间。听起来很接近现实,但仍然存在很多问题,比如长时间的低温对健康有害:可能会发生血栓、出血、感染和肝功能衰竭。在没有先进医疗设施的宇宙飞船上,这些并发症可能是致命的。

还有就是,我们不完全了解动物进入冬眠时会发生什么。

人类要在星际旅行中“冬眠”,出发前需增重200公斤!

尽管人类冬眠的研究似乎有很大进展,但也有科学家认为人类在太空中冬眠是不可能的:或许能帮助我们在星际旅行中幸存下来,但它不会让我们活 120 年。

人类可在太空旅行中冬眠吗?新研究:不可能,除非增重200公斤!插图10

内斯波罗团队通过对各种冬眠物种进行统计分析,发现冬眠动物的日常能量消耗相当平衡,而且冬眠不会为大型动物节省大量能量。从新陈代谢的角度来看,人类可能无法在长达数十年的太空之旅中幸存下来。

一方面,与较大的动物相比,较小的冬眠哺乳动物通常会节省更多的能量。例如,45 克重的有袋动物智鲁负鼠(monito del monte)与通常的活跃状态相比,它在冬眠期间可以节省 76% 的能量。

另一方面,一只 180公斤重的灰熊实际上节能 124%。换句话说:大多数较大的熊在冬眠期间并没有节省能量,而是失去了能量。

即使对于一只体重 75 公斤的小熊来说,与熊的正常睡眠状态相比,冬眠所节省的能量也是零。换而言之,较小的动物需要燃烧更多的能量,才能将体温保持在正常的活动或睡眠状态。但在冬眠期间,每克的能量消耗在任何体型下都是恒定的。换句话说,冬眠的蝙蝠与冬眠的熊的新陈代谢是其大小的 20000 倍。

人类可在太空旅行中冬眠吗?新研究:不可能,除非增重200公斤!插图12

回到人类长期太空旅行的人为诱导冬眠,在假设的宇航员场景中,与常规睡眠相比,可能不会节省更多的能量。

根据在冬眠的小型哺乳动物中观察到的能量减少,清醒的宇航员将在一天内消耗 50 个冬眠人类的能量。假设的 70 公斤正在冬眠的人每天可能消耗 250 千焦耳的能量。按照这个速度,他们每天会消耗 6.3 克脂肪或每年 2.2 公斤,如果一个人想要冬眠 90 年,他们首先需要 204 公斤的脂肪,导致身高至少为 1.8米的宇航员的 BMI 超过 50,这完全不是一个可以进行深空探索的健康体态。

人类可在太空旅行中冬眠吗?新研究:不可能,除非增重200公斤!插图14

内斯波罗表示,人类实在太大了,所以如果我们只考虑节能的话,冬眠的好处就没有熊那么大。虽然像棕色蝙蝠或侏儒负鼠这样的小型哺乳动物在冬眠期间可以将它们的正常能量水平降低多达 98%,但人类根本不可能实现同样的能量节省。因此,小型哺乳动物在冬眠期间可以很容易地利用身体储存在脂肪和肌肉中的能量储备,但人类不一定能做到这一点。

每天科普一点,收获更多一点!带您了解科普看大千世界!放开你的大脑,敞开你的心扉,接受那些如潮水的知识吧。

关于作者: 和光万物

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至 hijjj#qq.com 举报,一经查实立刻删除。


为您推荐