什麼是空間生物學的微重力

『壹』 宇宙生物學的介紹

早年稱為宇宙生物學(Cosmobiology)，近年改稱空間生物學(Space Biology)或空間生命科學(Space Life Science)。是在宇宙進化的框架下研究生命起源進化及分布的新興學科。自然界的全部宏觀和微觀秩序，都是在重力作用下建立的，地球上一切物質的內在結構和外在位置關系，無一不受重力的影響。一切生命的起源、發展、進化和消亡，都是在地球重力場中進行的，重力對生命活動及生物發育、成長和機體功能有重要影響，經過億萬年的進化過程，已適應了地面環境，重力對地球上的生命起著支配作用，它已滲透到我們的思維之中，要想擺脫重力是很困難的。一旦重力消失，處於微重力環境下時，生物體包括動物、植物、微生物和人的正常生長發育過程，生理和心理狀態，將會發生哪些變化，將如何生存和繁衍，如何利用微重力環境造福人類，就成了微重力生物學的主要研究內容。在空間除了微重力環境之外，還有輻射效應等作用，因此，宇宙生物學也稱為空間生物學。

『貳』 什麼是微重力場

微重力為失重狀態下物體受到的重力.
正常的重力場就是近地面的物體受到的吸引力的空間
就像磁場一樣是一種非接觸力

所以微重力場就是相對於地球來說遠離地面的環境下或失重狀態下物體受到重力的空間

『叄』 天舟一號：微重力環境下胚胎幹細胞生存命運有何不同

編者按：

即將發射的天舟一號，除了要與天宮二號交會對接、實施推進劑在軌補加，還要開展一系列空間科學實驗和技術試驗的任務。

中國科學院空間應用工程與技術中心是載人航天工程空間應用系統的總體單位，代表中國科學院抓總負責載人航天空間科學與應用任務的規劃、實施及成果產出與推廣，具體承擔工程研製的組織管理，系統設計、集成、測試，可靠性保障，在軌技術支持，有效載荷運控管理，數據獲取及應用成果的推廣服務等系統技術支持、支撐、保障、服務工作。

在此特別感謝中國科學院空間應用工程與技術中心的支持！

4月中下旬，我國首艘貨運飛船天舟一號將發射，並將與天宮二號對接。

已經進入良好運轉狀態的天宮二號，是我國打造的第一個空間實驗室。而天舟一號雖然是貨運飛船，但仍然搭載了不少科學實驗。其中一項就是中國科學院動物所段恩奎團隊負責的「微重力環境下胚胎幹細胞培養實驗」項目。

幹細胞生物學是21世紀矚目的研究領域之一，是組織工程和再生醫學研究的上游學科。幹細胞的重要功能是維持和控制細胞的再生能力,它具有自我更新復制能力和多分化潛能，它可分化為多種組織細胞類型。

空間微重力效應是否影響幹細胞增殖和分化？能否利用空間微重力獨特的條件開展幹細胞大規模擴增和組織工程構建呢？這些問題是目前空間生物學研究的前沿和熱點的問題。

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『肆』 微重力和失重有什麼區別

在宇宙空間不存在絕對的失重狀態。微重力是指受到的重力作用很小，但仍然受到不同方向、不同大小的引力作用，如人造地球衛星，就仍然受到來自地球、月球、太陽的引力作用，其中來自地球的引力作用最強，所以衛星依然圍繞地球運轉，其受力是平拋運動的慣性力和地球引力的矢量合成。即使是旅行者號探測器，在向太陽系外運行的過程中，也受到來自太陽和附近大行星的引力作用。而失重是指完全不受力的作用，完全依靠自身的慣性力運動，這在充滿物質的太空中是不可能的。

『伍』 微重力和高真空是什麼意思

微重力是指物體所受重力水平很小的時候的一種狀態。高真空是指壓力很小的一種狀態。它們兩個都是可以量化的。

微重力環境是指在重力的作用下，系統的表觀重量遠小於其實際重量的環境。

由於太空和地球表面環境有很大的不同，地球表面為1G重力環境，而太空處於真空狀態。在太空生活與工作的航天員，由於要長期處於這種微重力環境，吃、穿、住、行等都要適應這種狀態。

傳統意義上的高真空是指的以上所說，但是真正意義上的真空是不存在的，因為就目前人類的科學技術來說人類是不可能製造絕對真空環境的，因為無論人類應用怎樣的高科技都不能把一個容器抽的達到什麼都沒有。容器本身也會由於擴散現象導致無法達到絕對真空狀態。

(5)什麼是空間生物學的微重力擴展閱讀：

在「真空」中，聲音因為沒有介質而無法傳遞，但電磁波的傳遞卻不受真空的影響。事實上，在真空技術里，真空系針對大氣而言，一特定空間內部之部份物質被排出，使其壓力小於一個標准大氣壓。

真空常用帕斯卡或托爾做為壓力的單位。目前在自然環境里，只有外太空堪稱最接近真空的空間。

在地面獲得微重力（mg）的手段主要有落塔或落井（（1~10)s的mg時間，（10e-4~10e-6）g的mg水平）、拋物線飛行的飛機（20s左右的mg時間，10e-2左右的mg水平）以及各種空間飛行器(數天~數年的mg時間，10e-4g的mg水平）。

高真空技術應用范圍很廣，主要應用一下幾個方面：

1、原子能工業：核燃料元件製造。

2、理化機器工業：電子顯微鏡、表面分析儀器、質量分析儀器、粒子加速器。

3、金屬材料工業 ：金屬蒸鎦、鋼化脫氣、真空感應熔煉、真空電弧熔煉、電子束焊接、真空熱處理、真空滲碳、離子氮化、碳氦共滲、真空燒結、真空制粉、真空納米金屬制粉。

4、電子電器工業：電子管、真空開關、蒸鍍、真空浸漬、真空氣相乾燥。

『陸』 我們經常聽說在空間站中物體是失重的,但又說有微重力,微重力是怎樣產生的.

征服宇宙是人類永恆的夢想.隨著國際空間站的建成,太空假期也成了最前衛的旅程.但在你做一切准備之前,首先來學習一個名詞：微重力狀態.
當一切物體在進行航天飛行時,它們的重量都不見了,這種現象稱為「失重」.其實完全失重是一種理想的情況,在實際的航天飛行中,航天器除受引力作用外,不時還會受到一些非引力的外力作用.例如,在地球附近有殘余大氣的阻力,太陽光的壓力,進入有大氣的行星時也有大氣對它的作用力.根據牛頓第二定律,力對物體作用的結果,是使物體獲得加速度.航天器在引力場中飛行時,受到的非引力的力一般都很小,產生的加速度也很小.這種非引力加速度通常只有地面重力加速度的萬分之一或更小.
為了與正常的重力對比,我們就把這種微加速度現象叫做「微重力」.其實,航天器即使只受到引力作用,它的內部實際上也存在微重力,這是因為航天器不是一個質點,而是一個具有一定尺寸的物體.
失重現象看到或知道的人不少,但是微重力環境是一種很有價值的資源,知道的人可能就不多了.眾所周知,在地球上,任何物體都受到重力作用,生產過程、物理現象、化學變化、生命生理活動都不可避免地要受到重力的影響.如在地球上,重力給材料加工製造帶來許多不良影響,如重的沉在下面,輕的浮在上面,使材料質地不勻,產生分層現象.又如,加溫時,冷暖空氣因為比重不同會產生對流,因而難以生產出高質量的晶體.
但在空間站,在太空梭和人造衛星等航天器的微重力環境中,生產過程和生命活動都不受重力影響（或影響甚微）,這樣就能夠生產出地球上無法生產的新材料、新產品,培育出地球上沒有的新物種.例如,在微重力狀態下,沒有重的下沉、輕的上浮現
象和冷熱空氣的對流,因而可生產出質地均勻純凈的新材料、晶體和新葯物；在微重力狀態下,冶煉不需要容器,因而可避免高溫冶煉給材料帶來雜質和污染；在微重力狀態下,液態重金屬的表面張力很大,因而能夠生產出非常標準的球體如滾珠等；微重力狀態對生物的生長發育有明顯的促進作用,能培育出優良物種.

『柒』 怎麼理解誘人的微重力資源

雖然浩瀚無邊的太空令人生畏，但它又有豐富的自然資源有待開發。利用空間運行的微重力現象可以完成地面上難以完成或根本做不到的事情。目前，微重力科學研究主要分為三個領域，分別為微重力物理學、微重力材料科學和微重力生命科學。

（1）微重力物理學

微重力材料學的基礎是微重力物理學，在空間進行材料科學研究和材料的加工製造以及生物學的研究都必須以微重力的基本物理規律為指導。到目前為止，可歸納出如下微重力條件下的基本物理規律：

①自然對流現象基本消失。在這種情況下液體表面溫度和物質成分的差別成為引起某種對流現象的主要原因，其擴散過程成為物質傳遞的主要過程。

②在液體中由於物質密度的差異引起的沉浮和分層現象消失。在地面條件下，液體中重的成分沉入底部，輕的物質浮在上面是司空見慣的現象，而在微重力條件下這種現象就見不到了。

③液體的表面張力顯得特別重要和突出。物質的浸潤現象和毛細現象加劇。例如液體在無容器的情況下聚成球形浮在艙中，利用毛細材料的毛細現象可製成各種有用的液體儲存和運輸裝置。

④流體沒有靜壓力。在微重力環境中，作用在一個物體上的力與地球環境下完全不同，物體在空間可以隨意停留，液體中的氣泡可以集聚在一起，固體與液體交界可以完全潤濕。

⑤燃燒現象也與地面大不相同。在微重力條件下，火焰的形狀發生變化，火焰不是像在地球上的舌形，而是球形，火焰的面積變大。由於空氣中的氧只有通過擴散才能向燃燒區補充供給，燃燒的速率比地球上要慢得多。如果通過擴散而不能補充氧氣時，火焰就將自行熄滅。

（2）微重力空間環境中的加工

資料表明，空間加工和生產新材料的活動是近些年進行最多的生產活動。人們已經在太空對電子技術使用的半導體材料、用於輸送電力的超導材料以及電子計算機應用的磁性材料、記憶材料和遙感測量用的紅外敏感材料等進行生產加工，對地面條件下難以混合的合金材料、金屬、泡沫多孔材料和復合材料等的研究也已經得到了意想不到的結果。

（3）微重力環境的生物和生命科學

眾所周知，地球上的生物都是在重力環境中發育、成長的。所以，重力對生物的生命活動現象有重要的影響。

微重力環境的生物學主要是研究微重力條件以及空間輻射單因素或復合因素對生物正常功能的影響，從而可以開辟一條新的揭示生物機理本質的途徑。目前，科學家在載人航天器上對包括動物和植物在內的多種生物進行了實驗研究，證明絕大多數情況下，由微重力條件返回到重力條件時，生物又進入正常的發育軌道上來，其中發生遺傳變異的只有少量的生物。也就是說雖然生物在微重力環境中的機體變化有可逆性，但生物的遺傳特徵將不一定再有可逆性。人們對在微重力環境中生存的生物體遺傳性研究產生了廣泛的興趣。

此外，微重力不但對生物生長過程有影響，而且還對生物機體形狀和功能有影響。地面上的植物一般將80％的能量用於莖的生長；而在微重力條件下溫室中生長的植物莖很短小，但葉子更加繁茂，果實更為豐碩。

知識點

空間生命科學

空間生命科學是研究宇宙空間特殊環境因素（如真空、高溫、低溫、失重和宇宙輻射等）作用下的生命現象及其規律的學科。廣義地說，它包括空間生物學、空間生理學、空間醫學和空間生物工程學等。它屬於空間科學和生命科學的邊緣學科，也是空間科學領域內最新形成的一個分支學科。

『捌』 空間生命科學的基本概述

研究宇宙空間環境中的生命現象及其規律的學科。屬空間科學和生命科學的邊緣學科。20世紀40～50年
代，人類進入高空氣球和生物火箭試驗階段，即利用氣球和火箭進行空間生物學試驗，探索、研究在地球高層大氣中的宇宙輻射、失重、加速度、雜訊和振動等條件下的生物效應。60年代是生物衛星和載人飛船的試驗、研究階段，載人航天的實現，使研究從理論性探討進入實踐階段，為了保障人在空間環境中的生命安全，促進了空間醫學、空間生理學、空間心理學和空間醫學工程的發展，同時積累了人在宇宙空間活動的必要知識。70年代開始，進入了建立空間站和對行星進行實測的階段，使得人們能長期在宇宙空間環境中正常活動。在空間時代，人類和生物在宇宙空間中的活動成為現實，從而產生了相應的研究領域——空間生命科學。 人類要想在宇宙空間中長期生存，對宇宙空間進行開發，就需要研究解決一系列空間生命課題。如失重、真空、宇宙輻射、高溫（或低溫）等宇宙環境因素對生命過程的影響。30多年來的探測、研究表明，失重
對生物系統的作用機理主要表現為生理適應反應，失重在生命過程的不同水平上產生不同的影響。宇宙輻射對生物機體有很大影響，必須通過各種實驗測出不同類型宇宙輻射的生物學效應。生物的種類、機能狀態、組織、部位和細胞種類和分裂周期狀態等對輻射有不同的效應。高真空和極端溫度對空間生命的生存有直接作用，是空間生物學研究的主要對象。人在宇宙空間長期活動造成的生理變化也是生命科學研究的重要課題。 空間生命科學的發展與空間技術的進步密切相關。它的研究歷史大致可分為：高空氣球和生物火箭試驗階
段，生物衛星和載人飛船的研究階段，空間站和行星探測階段。高空氣球和生物火箭試驗階段，大約從第二次世界大戰結束（1945）到50年代末。此階段的主要特點是大量使用氣球和火箭進行空間生物學實驗，研究在宇宙輻射、失重、加速度、雜訊和振動等條件下的生物效應，為下一階段的載人航天飛行作技術准備。圖為攜帶小狗「萊卡」的蘇聯衛星2號。 主要研究宇宙空間環境因素，如失重、宇宙輻射、真空、高溫（或低溫）等對生命過程的影響。宇宙輻射
的生物效應，是指宇宙輻射對活機體的影響。它不僅在理論上，而且在載人航天實踐上也有重要意義。尤其在長期載人航天中，重粒子的累積效應及其對神經元的損傷作用特別值得注意。高真空和極端溫度對空間生命的生存有直接作用，也是載人航天中不可忽視的環境因素，因而都屬於環境生物學研究的對象。研究宇宙空間環境中各種因素影響生物體功能的一般規律性的學科。重力生物學和等已從空間環境生物學中分化出去，成為獨立的分支學科。空間環境生物學的主要內容包括宇宙輻射生物效應、高（低）溫生物效應、真空生物效應、應激、復合效應等。宇宙空間主要有兩種輻射，即粒子輻射和太陽電磁輻射。通常又將輻射粒子分成輕核和重核。輕核包括氫原子核（質子）和氦原子核（粒子），重核指原子序數大於2的元素的原子核。和中的粒子，大部分屬於輕核，重核的數量較少。 簡單生物對高、低溫的反應的一般特點是：①在一次相對高的溫度作用後微生物仍能生長，但重復多次相同的高溫作用，會引起微生物的死亡；②溫度很低能夠抑制微生物的繁殖，但如結合細胞脫水，則可延長其生存；③溫度緩慢下降時，某些細菌會在－5℃下生長，如快速從30℃下降至0℃，則會引起一些細菌的死亡；④低溫下細胞乾燥，不會使整個細胞群完全死亡，其死亡率隨細胞種類不同而不同；⑤微生物因溫度變化引起周期性發展的復甦狀態，對其隨後的代謝能力、生長以及繁殖沒有影響。除以上一般反應外，低溫（－75～－273℃）有以下特殊生物效應：①不少細菌、酵母菌、黴菌、藻類、原蟲、蠕蟲、昆蟲和人類的精子，以及部分高等植物的種子，能夠經受－190℃低溫的作用；②一些細菌在
接近絕對零度（－273℃）的條件下，仍能生存，顯示它們對極端溫度環境的特別穩定性；③地球上的微生物在很低溫度的宇宙空間或行星上沒有死亡的事實表明，宇宙間的低溫沒有殺菌作用；④企鵝和北極熊等動物所以能在－20～－50℃的環境中生活，是因為這些恆溫動物即使在上述環境中仍能產生大量熱量，保持其生長和繁殖等生理功能的正常進行。高溫也有其特殊生物效應。生物對高溫的耐受力差異很大。生活在南極地帶2℃水中的魚，會在6℃水中死亡；大多數無芽胞的細菌將在60℃條件下10分鍾內失去生命力，而帶有芽胞的細菌在乾燥消毒時，通常在150～160℃下尚能承受30分鍾，在120℃下高壓消毒1小時便會死亡。一般來說，溫度愈高，細胞死亡愈快；細胞所含水分愈少或愈能經受乾燥的不良條件，則愈能耐受高溫。微生物對高溫的抵抗力受許多因素的影響。這些因素包括：細胞總數、細胞發育階段、培養基成分、細胞含水量及靜水壓等等。低溫和高溫的上述效應對行星的檢疫、飛船的消毒均具有一定的指導意義。 主要研究空間失重因素對生物的影響，這是載人航天中遇到的重要課題。30多年來的空間生命科學研究表
明，失重在生命過程的不同水平上產生不同的影響。已初步證明失重環境中動植物細胞的代謝水平和發育生長過程有一定的變化，但較為輕微，結果也不太一致。普遍認為，重力因素主要影響較高水平的機體功能、較復雜的器官和系統以及整體活動。在適應地球重力場過程中發展起來的骨骼肌肉系統、心血管系統、尤其是中樞神經系統和大腦功能受到嚴重而持久的影響。研究生物進入宇宙空間後，重力因素（主要是失重）對生物影響的學科。自從有生命以來，生物一直生活在地球表面引力環境中。在實現了人造衛星繞地球作軌道飛行後，才遇到較長時間的失重問題繞地球作軌道飛行引起失重是因為物體加速到第一宇宙速度（7.9公里/秒）時，所產生的慣性離心力與地球引力大小相等，方向相反，互相抵消，物體就失去重量，處於失重狀態。實際上，由於慣性離心力與地球引力不能完全相等，因此嚴格地說，生物是處於微重力狀態，即在零到千分之幾G的范圍內波動。 失重下的大白鼠氣體代謝明顯低下。失重後再適應的第一天，水負荷沒有什麼變化。但在失重狀態下的動物水負荷實驗後，隨著尿排出的Na（比處於人工重力條件下的和地面對照的動物排出的要多。在再適應的第二天給動物K（負荷，K（排出比處於人工重力條件下的要多，也比地面對照組多。大白鼠腎單位功能沒有任何變化，電解質代謝的變化是機體代謝總變化的結果，首先是肌肉系統代謝的結果。狗經22天失重飛行，體重減輕，血清中總蛋白質量降低，白蛋白相對降低，血中膽固醇量增加。航行後返回地面5～7天內，大白鼠的腎上腺比對照組重量增加。腎上腺皮質酮濃度比對照組高，腎上腺皮
層束狀帶細胞核容積增大，脂肪減少，這種變化是返回和著陸後急性應激反應的結果。此外，還發現改變兒茶酚胺合成速度的酶的活性比對照組高。失重初期，狗的心率有短時的加快（約加快30～40次/分）。這與進入失重前加速度作用有關，以後逐漸下降，但心率恢復到原來水平的時間相當於地面時的3倍。對心率進行最大及最小參數比例的差異分析，可以看到失重時有的動物交感神經占優勢，有的副交感神經占優勢。血壓在失重初期也升高約10～60毫米汞柱，以後逐漸下降。失重初期，心電圖可出現R波和P波幅度增高，這可能與動物體位改變有關，以後隨著副交感神經作用增強，R波和P波幅度也下降。在失重時，心臟的興奮性和傳導性功能沒有非常重要的變化。還可看到經19.5天失重，心肌球蛋白、三磷酸腺苷酶的活性降低。肌漿蛋白的含量增加。 大白鼠經22天失重飛行，蝶狀肌、腓腸肌、大腿四頭肌、肩二頭肌等重量都減輕，肌纖維變薄，細胞核增多，電子顯微鏡檢查線粒體有變化，神經肌肉末稍也有變化。失重後第2天，後腿部肌肉組織的O2攝入量（ΔO2）和無機磷吸收量（ΔP）都較對照組和模擬艙組明顯下降（下降40～50%），P/O2之比保持不變。失重後第26天，ΔO2和ΔP與對照組和模擬艙組比較，沒有什麼異常。以上結果說明失重時會引起肌肉細胞能量下降，但返回地面後過一段時間就可以恢復正常。由於失重所產生的功能負荷不足還表現在骨骼的變化上。失重時，大白鼠的大腿骨骨膜組成降低，海綿狀部分變松軟。在接近軟骨極區的松質面積減少，骨組織礦物質形成減慢，鈣代謝加強，骨硬度降低，機械強度下降30%。失重時，鈣、磷、氮等物質排出量增加，人體氮的損失每天可達4.5克，六個月的失重可損失身體全部鈣量的2%。貓在失重時姿勢反射消失。大白鼠在失重時從空中掉下來不會翻轉。失重初期，動物不能正常行走和維持姿勢。失重時，測量蛙的第八腦神經單個纖維電位變化，發現神經沖動的發放呈周期性。在失重的頭24小時，神經沖動的發放率明顯減少，以後又突然增加，如此反復，直至漸趨正常。沒有疑問，失重時前庭器官在活動性方面是有變化的，但經過100小時以後，可以慢慢地調節到正常狀態。