太空冬眠與生機休止2004/08/18

各位網友如果曾經看過科幻電影,像是「異形」及早期的「2001年太空漫游」等,太空人在執行任務長時間的飛行於太空中時,在到達目的地星球前,都以冬眠的方式沈睡在「睡艙」中,由電腦控制其生命現象,到了適當的時間,再由電腦將其喚醒,這其間可能隔了三、五十年甚至一、二百年,的確是很「科幻」,然而此種方法可能逐漸由科幻而轉變為實際,因為歐洲太空總署的科學家,正在努力研究如何讓太空人在數月或數年的時間處於「假死狀態」,以便執行長時間的太空飛行任務,起碼可以趕上預計在2033年發射載人太空船上火星探勘的計劃。

火星距離地球最近約有八千多萬公里,如果以新的火箭引擎來推動,例如以太陽能引擎提高飛行速度,前往火星至少仍須要六至九個月的時間,科學家及心理學家認為要太空人長時間的拘限在太空船密閉的空間內,親眼目睹到他所熟悉的地球越來越小,而陌生甚至是充滿危機的火星卻越來越大,即使是一個受過完整訓練的太空人,也有可能產生信心危機。此外後勤補給亦是一麻煩的挑戰,因此科學家希望可以找出在太空人飛行期間進入冬眠的方法,不但可降低其心理壓力,還可減輕太空船的負載,甚至減少飛行所需的燃料。

從生物學的觀點而論,冬眠可看成是一種極度酣睡的狀態,在此狀態下,生物的體溫會下降,心跳和呼吸的速率都會減慢,也就是一切新陳代謝的現象都會放慢下來,以至生物可以在一段極長的時間內都無需進食。也不會產生廢棄物,如果未來銀河系內星際探險的太空人能以安全而有效率的人造冬眠方式渡過長時間而單調旅程的話,那麼便可大大減低太空船所需攜帶的氧氣、食物與飲水,更重要的是無需忍受那漫長歲月的煎熬,只需在將近抵達目的地前醒過來即可。

目前歐洲太空總署科學家所研究的關鍵,在於如何讓太空人迅速進入維持冬眠的狀態,其研究焦點在於一種名為「待躲」類似鴉片的人工合成物,它能啟動生物冬眠的機制,科學家將「待躲」注射原本已結束冬眠狀態的松鼠,結果松鼠就在夏季繼續進入冬眠的狀態,完全不受外界氣候溫暖回春的影響。科學家接著在沒有冬眠機制的哺乳動物老鼠身上研究這種藥物的效果,後來繼而發現「待躲」對人體細胞竟然也會發生作用,不但能減緩人體細胞的分裂速度,還會弱化人體肌肉的力量,如同長期臥床病人,所出現肌肉萎縮的症狀,這對長期太空航行的安全性而言,將面臨極其嚴峻的考驗,因此科學家還要作更深入廣泛的研究。

未來太空冬眠的瓶頸如果能予以克服的話,它雖然能減緩飛航中太空人的新陳代謝,但在冬眠期間還是會慢慢衰老退化,因此,就算超長時間的人造冬眠在未來能夠實現,但若旅程在百年以上,那麼太空人在航行開始時可能是一個年輕小伙子,但在到達目的地前一覺醒來,準備執行探測另一星球的任務時,可能已變成一個垂垂老矣的老翁了──這還是一件麻煩需要解決的問題。

為了克服上述的困難,有些科學家就提出另一個更為大膽而極端的構想,這就是所謂的「生機休止」。在武俠小說中,武功高深的人能夠「假死」,不吃不喝也不呼吸,而在印度有些瑜珈大師,也能將自己的心跳和呼吸減至近乎停頓的狀況。但在現代科學中所謂的生機休止,並非指這些奇能異士的本領,而是指生物在極低溫下的一種僵凍狀態。人造冬眠也需要低溫的協助,但特點是生物的體溫仍然保持在冰點之上,而處於生機休止中的生物,體溫必須在冰點之下,以至新陳代謝可說幾乎是陷於停頓。

作為克服未來人類來回銀河系漫長星際旅程的方法,生機休止當然比人造冬眠更為有利,但在技術上的困難也大得多,其中最大的困難,就是如何令生物軀體的內部和外部,都能迅速地同時達到某一極低溫,因為只有以快速急凍的方式,才能避免細胞中的水份結成冰晶。由於冰的體積比水的體積大,因此冰晶的形成會對細胞造成嚴重的破壞,最後將導致生物體的死亡,如果各住網友曾經嘗試吃過冰箱冷凍庫中凍壞的蔬菜,便會領略到結晶水份的破壞力了。

最後,無論是人造冬眠或是生機休止,都要面對一個共同的難題,那就是新陳代謝中所積存的廢物和毒素的去除等問題尚待解決。目前冬眠系統的研究仍在初步階段,醫學科技的日新月異新發展將有助於未來真正落實太空人在冬眠狀態航行太空,甚至於在數年「假死」狀態下,到達鄰近的星系。這似乎是項很遙不可及的想法,然而「昨日的夢想,今日的希望,明日的實現」,一百年前的飛機昇空,三十五年前人類的登月,在當時都是「不可能」的幻想,因此雖然「太空冬眠」與「生機休止」還有許多潛在的問題尚待發掘、解決,但我們相信,最後必能完成人類最古老而又浪漫的夢想──飛向遙遠的星際深處。