太空任务将越来越多的外太空物质带回地球太空机构开始建立生物安全实验室 _太空

丹尼尔． H．安德森博士（Daniel H. Anderson）是载人太空船中心（Manned Spacecraft Center）月球物质回收实验室未灭菌氮处理实验室（Nonsterile Nitrogen Processing Laboratory）的航太技术专家和测试主管，他透过显微镜观察阿波罗14号（Apollo 14）太空船带回的月岩，这颗篮球大小的岩石是大家热议的焦点。阿波罗14号的两名探月太空人在两次的舱外活动期间，从月球表面的弗拉．毛罗（Fra Mauro）地区带回了四十多公斤的月岩物质样本。PHOTOGRAPH BY NASA
（）据美国国家地理（撰文：REBECCA RENNER 编译：邱彦纶）：有越来越多的太空任务将来自外太空的物质带回地球，这让谨慎小心的太空机构开始建立高安全等级的生物安全实验室，以保存这些珍贵的太空货物。
在一个晴朗的12月早晨，一群科学家跟随着归向讯号进入偏远的澳洲沙漠，收集来自外太空的珍贵物质。这个鞋盒大小的太空舱是日本隼鸟2号（Hayabusa2）任务的一部分，里面装有来自龙宫（Ryugu）小行星的岩石和尘土。龙宫小行星富含碳质，可能带有建造生命的基础原料。为了使样品能够维持在原始状态，太空舱被送往日本宇宙航空研究开发机构（Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）的地外样本管理中心（Extraterrestrial Sample Curation Center），这个位于东京附近的实验室是为了预防太空物质被地球生物污染所建造。
多年来，「保护行星」关注的重点一直是防止地球污染太阳系──消毒太空船、对太空人采取严格的检疫措施。但随着世界各地的太空机构准备从小行星、月球和火星等天体带回更多样本，科学家现在反而考虑了另一种可能性：如果我们将外星病菌带回地球，那该怎么办？
过去科学家将所有不属于地球的样本视为潜在的生物危害物质。美国航太总署（National Aeronautics and Space Administration，NASA）在阿波罗号太空人从月球之旅返回地球时，曾要求他们进行隔离检疫。不过之后他们研究月球样本发现其中并没有任何生命迹象，就取消了许多这类的安全措施。
但随着多项样本返回任务如火如荼加速进行，我们必须再度严加戒备。近年来科学家在越来越荒凉的地方发了现各种充满活力的微生物，像是有种称为「水熊虫」（water bears）的微小缓步动物（tardigrades），甚至能够在太空的真空中生存。
「搜寻外星智慧生物研究研究所」（SETI Institute）的资深科学家J．安迪．史普莱（J. Andy Spry）表示：「在地球上──像是南非的金矿──钻探岩石，有时会遇到存在已数十万年之久的贮水区，里头还有微生物存在。如果提供热量、光线和温暖，它们甚至还会生长呢！
除了从龙宫小行星获得的最新样本之外，NASA的太空船还将在2023年带回含碳小行星贝努（Bennu）的样本。此外，NASA的毅力号（Perseverance）探测车有望于明年2月登陆火星，如果曾经有生命存在这颗红色行星上，那么它的降落地点可能还保有生命的踪迹。最重要的是这辆探测车将收集储存火星岩石样本，并在最后送回地球──或许里头就藏着我们的外星伙伴呢！
「根据我们对火星的理解，这儿过去绝对可能有生物，」史普莱说：「现在这颗行星表面下方的储水层中可能仍有生命存在。」
因此全球各地的太空机构──包括NASA、JAXA和欧洲太空总署（European Space Agency，ESA）在内，正共同创建高安全性的新实验室，保护地球不受未来太空任务可能带回的任何微生物或有机残留物危害。这些实验室结合了目前的无尘室技术，与传染病实验室用来安全处理伊波拉病毒（Ebola）和新冠病毒（SARS-CoV-2）等瘟疫的高安全性生物安全程序和设备。
史考特．哈伯德（Scott Hubbard）先前在加州矽谷的NASA姆斯研究中心（Ames Research Center）担任研究副主任，负责管理天文生物学计画和火星任务，他表示：「目前正在进行的火星样本携回任务已详细计画要如何封装毅力号所收集的样本。」
「样本贮存罐将于2031年降落在犹他州的沙漠，并被带往具备最高生物安全等级的保护设施内。」
隔离太空人
至少，NASA可以从历史借镜，寻找设计这些实验室的灵感。阿波罗号太空人从月表返回地球时，太空衣上覆满了月尘。当时的NASA还未对原始月岩的成分进行研究，因此将来自月表的所有粒子都当作对人类生命具有潜在危险性。
NASA阿波罗11、12和14号任务的机组人员从海面漂浮的舱体中拉到航空母舰上，并在甲板以改装的AirStream露营拖车进行隔离。上岸后，一架直升机迅速将他们接往位于德州休斯顿的林登．詹森太空中心（Lyndon B. Johnson Space Center）的月球物质回收实验室，（Lunar Receiving Laboratory），这是目前全球发展中的这类设施的先驱。
机组人员回到地球的头21天，会在月球物质回收实验室的人员接待区度过，他们被密封在生物屏障内以防止「返航感染」（back-contamination）──NASA以此称呼月球微生物可能在地球上传播的情形。这个设施还包括了样本操作区，配备有真空手套箱和生物分析设备。
月球物质回收实验室的生物安全计画中，最重要的部分是复杂的真空系统，这个系统必须阻止外界污染物进入，并防止可能的月球微生物进入空气循环或流到外部。精心设计的帮浦和阀门总体积约有双层巴士那么大，占据了整座库房，还另外配备了备用的真空系统，以防止原系统发生故障。
这座实验室后来成为也位詹森太空中心的NASA天文材料研究与探索科学处（Astromaterials Research and Exploration Science Directorate）的一部分，这个机构除了保存阿波罗任务带回的月球岩石外，还有星尘、陨石和彗星颗粒的样本。所有的样本都存放于类似半导体业使用的正压无尘室中。「正压」的意思是空气只会从房间中向外流动，因此室内能够保持在无菌状态。
但这个系统比回收火星样本和其他新样本所需的系统要简单多了，因为并不需要让内部可能存留的微生物不会外溢。
雅各布工程集团（Jacobs Engineering Group）的麦可．卡拉威（Michael Calaway）是NASA承包商，同时也是天文材料研究与探索科学处样本管理计画的负责人，他表示正在建造的实验室基本上将采用层层围阻的方式。为了达到这样的目标，设计人员正从地球上最高等级的生物安全实验室汲取经验。
建造全世界最安全的实验室
位于波士顿的国家新兴传染病实验室（National Emerging Infectious Diseases Laboratories，简称NEIDL）进入了封锁状态。病原溢出使让实验室进入红色警戒，当首批应急人员抵达时，研究人员和工作人员依照他们的命令进行隔离。
当然，每个人都非常镇定，不但是因为他们都是专业的──还因为溢出事件并不是真的。这次演习是确保NEIDL安全的部分程序，以维持世界顶尖安全实验室的声誉。
罗纳德．柯里（Ronald Corely）是NEIDL的主管，他的工作是预想最糟的情况。柯里协调团队成员，建立和执行安全计画，为不同层级的生物安全实验室制定了遭遇停电、病原溢出、网路攻击──基本上是大多数外界人士认为不太可能发生的各种状况─ ─的应变措施。
NASA的设计人员为了创建保护地球不受外星污染的设施，曾造访NEIDL，研究他们用来保持实验室清洁和安全的程序及物理系统。虽然NASA现在是采用正压无尘室，但病原体遏制却需要相反的条件：利用负压使空气在室内循环。
尽管NASA一开始的月球物质回收实验室就结合了这些系统，但自1960年代以来的科技和生物安全计画已经有了长足的进步。虽然美国各机构在1955年就开始讨论生物安全实验室分级制度的条件，但美国疾病管制与预防中心（Centers for Disease Control and Prevention，CDC）一直要到1984年才订定相关规范。
在生物安全第一等级实验室中，研究人员处理的是类似大肠杆菌（E. coli）这样常见的细菌，在受污染的食物或是人体肠道都能见到它的踪迹。实验室的科学家使用基本的个人防护设备，并执行标准清洁措施，例如每天消毒所有设备进行和彻底洗手，以确保有害的微生物只会停留在在他们该出现的地方。除了一些生物性危害的警告标志和确保空气仅在实验室内流动的专用通风系统，这类实验室对生物系的学生来说，可是再熟悉不过了。
生物安全第二等级实验室所处理的危害性物质稍微多一些，例如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus），这种病原体会趁虚而入，是人体微生物群落的常见组成。这种级别实验室的安全和除污措施更为严格，但还不到极端。
柯里表示：「在生物安全第三等级实验室，得要穿着全套地泰维克（Tyvek）防护衣，并戴着呼吸器。」研究人员通过真空密封的双闸门进入实验室，内部的其他设备则类似在大学生物学课程会见到的操作台──有玻璃保护罩和顶部的通风设备。但他说：「在第三等级实验室，必须要能清洁和除污所有物品。」操作新冠病毒的实验室就属于生物安全第三等级。
最高级的第四等级生物安全实验室是用来处理像是伊波拉病毒这类更致命的瘟疫。实验室内的科学家穿着完全密封的防护衣，防护衣连接着软管，从实验室外吸入空气。科学家以手套、护目镜和呼吸器和有害微生物完全隔离，像是被安全预防措施层层包裹的俄罗斯娃娃。
未来的地外样本管理中心将比照生物安全第四等级的实验室。研究火星岩石的科学家将穿着整套防护装备进入实验室，通过真空密封的闸门进入工作区，并以严谨的设计确保微生物不会外溢。
完成这类实验室的计画已在进行中，虽然和其他太空探索项目一样得要耗时数年才能完成，设计上也可能会视状况进行调整。
位于德州休斯顿的火星检疫设施（Mars Quarantine Facility）首先将收留来自火星的尘土和岩石，最终可能还会招待从火星返回地球的太空人，直到他们可以安全地重返社会。各分隔的区域之间将以HEPA等级的滤网进行过滤。与NASA合作并共享管理未来火星样本的ESA，也正在奥地利维也纳开发类似的设施。NASA未来的设施甚至可能是可移动的模组，就像他们先前的月球物质回收实验室，但设计上则更为轻巧精简。
这些准备都不该成为担心的理由。各太空机构之所以如此计画是出于谨慎的考虑，而不是担心太空病菌会占领整个地球。
哈伯德说：「《天外来菌》（The Andromeda Strain）是部很好的惊悚片。但这部片几乎没什么科学根据，电影中的怪奇事件会发生的机率非常小。」

太空任务将越来越多的外太空物质带回地球 太空机构开始建立生物安全实验室

太空任务将越来越多的外太空物质带回地球太空机构开始建立生物安全实验室