对于火箭工程师来说，将人类运送到火星的想法是一个巨大的头痛问题。与惰性的卫星和探测器相比，人类是高度不可预测的，需要和脆弱的。辐射是我们身体的克星;微重力会使骨头变得又细又弱，如果你摔断了一条腿，可能需要几个月的时间才能修复。这些只是科学家们在考虑如何将人类送上这颗岩石红色星球时正在努力解决的数百个问题中的几个。本周我们将深入探讨其中的一些障碍，并询问是否真的有可能将人类送上火星。此外，科学家们在培养皿中培育出了第一个肾脏，维生素药片如何使癌症扩散，一具4500年前的骨骼揭示了我们的起源……
在这一集里
生理学奖:诺贝尔寄生虫奖
与诺丁汉大学的Khalil Thirlaway合作
今年的诺贝尔生理学或医学奖彻底改变了这个世界
治疗一些最具破坏性的寄生虫病。Khalil Thirlaway是诺丁汉大学的寄生虫学家，他报道了这项获奖作品。
哈利勒——诺贝尔和平奖的一半颁给了中国药理学家屠呦呦，他在回顾过去的过程中发现了抗疟疾药物青蒿素。她在20世纪60年代和70年代的文化大革命期间在中国生活和工作，当时包括科学家在内的知识分子被视为革命的危险。然而，随着越南战争的爆发，这种情况发生了变化。中国的盟友北越向中国政府寻求帮助，因为他们的军队受到一种特别危险的疟疾的困扰，这种疟疾对当时的标准药物氯喹有抗药性。人们已经筛选了成千上万种潜在的新药，但都无济于事，当屠想到从古代中国医学文献中寻找可能的治疗方法时。在一份1600年前的文献中，她发现了一种治疗间歇性发烧的方法，间歇性发烧是疟疾的典型症状。在改进了方法，甚至在自己身上测试了这种药物之后，她最终找到了一种有效的治疗疟疾的方法，这种方法至今仍在使用。它被称为青蒿素，这是一个拉丁名字，意思是青蒿。诺贝尔奖的另一半由William C. Campbell和Satoshi Omura平分，他们研发出了杀死寄生虫的药物伊维菌素。大村当时在日本工作，在一种叫做链霉菌的土壤细菌中寻找新的抗菌剂，这种细菌已经给我们带来了其他药物，比如抗生素链霉素。 He managed to isolate new strains of Streptomyces and grow them in his lab. Omura then sent the new bacteria to the USA for testing where Campbell investigated their possible medical properties. He found that one extract of Streptomyces avermitilis was effective against a wide range of parasites in animals. He purified the active component and modified it to be safer and more effective. The resulting drug, ivermectin is still one of the leading antiparasitic drugs in the market. In particular, it revolutionised the treatment of diseases caused by parasitic roundworms which were a major problem in the developing world. Between them, ivermectin and artemisinin have saved millions of lives and freed millions more from lifelong disease burdens.
在培养皿中培育人类肾脏
与昆士兰大学的Melissa Little教授合作
来自澳大利亚的科学家们首次利用干细胞培育出一种新的细胞
肾在盘子里。通过非常小心地控制条件，并添加一系列生长因子来欺骗细胞，让它们以为自己回到了发育中的胚胎中，它们变成了肾脏组织。梅丽莎·利特尔(Melissa Little)和她的同事们已经成功制造出了最接近真正肾脏的器官，正如她向克里斯·史密斯(Chris Smith)解释的那样……
梅丽莎:你可以取一个干细胞，我们可以从任何人体内的任何细胞中提取干细胞，并让这个细胞完成整个过程，就像它在发育过程中一样，在培养皿中培育出一个小肾脏。关键是很多人都有肾脏疾病，我们真的想找到一种再生肾脏组织的方法。所以，我们问干细胞是否能做到这一点。
为什么说服干细胞变成像肾脏这样的器官如此困难?
梅丽莎:你真的需要说服它制造特定的干细胞来形成那个器官。成年人的最终肾脏有20到25种不同类型的细胞，它们都必须在正确的时间、正确的位置形成。所以，我们要做的就是让细胞相信它正在经历发育过程中会经历的正常过程。我们必须给它正确的化学信号。我们必须鼓励里面的细胞相互交流。这有点像一个食谱——你必须在正确的时间添加正确的因素，并给它适当的时间，然后令人惊讶的是，形成的细胞，围绕着彼此组织起来，创造出我们正在寻找的结构。
克里斯:你开始是怎么做的，最后又是怎么做的?
Melissa -我们从一个由皮肤成纤维细胞制成的干细胞开始。这种细胞可以从皮肤中提取，然后我们在培养皿中加入了不同的成分。大约需要3个星期。干细胞将开始做出选择。它从一种细胞类型变成另一种细胞类型所有这些都是在发育过程中正常发生的事情。然后这些细胞相互交流，形成我们最终看到的结构。所以，它的直径大约是半厘米到一厘米，里面有大约100个小管子，血管在一个非常复杂的小器官里形成。
克里斯:有什么能阻止你长出那么大的东西一个全尺寸的肾脏然后把它移植到一个人身上呢?
梅丽莎:从技术上讲，你应该能够制造出大量的这种细胞，但如果没有血液供应，那么大的细胞结构是无法存活的，我们正在培养皿中进行实验。所以最终，它将被设计成我们可以为它提供血液流动，目前它没有一个出口供尿液排出，当然，你必须有一个出口因为尿液必须以某种方式排出你的身体。
克里斯:你能克服这些问题吗，比如获得血液供应等等，因为目前，这是在培养皿中?怎样才能把它变成一个更大的肾脏呢?
梅丽莎:那么，我能说，它确实有血管吗?它只是没有血液流过，但它必须有一个血液来源。所以，是的，有几个想法，也许我们只是制造大量的这些细胞，然后把它们放回一个支架，这个支架是由一个取出了所有细胞的肾脏制成的，或者实际上是生物打印出某种结构。我想我们脑子里都有这样的想法你必须建立一个和你要替换的东西一样大的东西但是透析，这是很多肾病患者赖以生存的，只能给你10%的肾脏功能。因此，在这方面还有很大的改进空间。
克里斯:你怎么知道你所创造的东西会真正起作用?你怎么知道这是功能性组织?
梅丽莎:我们已经测试了一些功能。很明显，它们不会产生尿液因为你不能产生尿液除非你有血液流过你的身体结构，这是在一个盘子里。但是我们问的问题是，这个器官中的细胞是否开始做一些它们通常做的其他功能?例如，我们问过，有一些药物实际上对肾脏是有毒的。所以，我们服用了这些药物，然后说，“我是否看到了这种药物的特定毒性，这些肾脏的反应是否与动物或人类的反应一样?”
Chris:因此，你不仅创造了一个潜在的平台，在未来，我们可以从中开发出全尺寸的肾脏，而且也是一个非常有用的测试工具，用于未来的药物试验。
梅丽莎:是的，我认为这是短期的未来。我们希望很快就能做到这一点。这不仅仅是用它作为一个器官的小模型来测试药物是否有毒。我们基本上可以定做一个迷你肾。有很多患有肾脏疾病的病人都有基因突变。我们可以从他们身上制造干细胞，我们可以在培养皿中建立他们的肾脏模型，并用它来了解他们的疾病，也许可以开发出更适合他们肾脏疾病的治疗方法。
诺贝尔化学奖:DNA修复图谱
艾玛·萨克维尔，巴斯大学
托马斯·林达尔、保罗·莫德里奇和阿齐兹·桑卡尔共同获得了诺贝尔化学奖，他们绘制了DNA如何自我修复的图谱。Emma Sackville报道。
艾玛——今年的诺贝尔化学奖被联合授予托马斯·林达尔、保罗·穆德里奇和阿齐兹·桑卡尔，以表彰他们对细胞修复受损DNA机制的研究。
直到20世纪70年代初，许多人都认为DNA是一种稳定的分子。然而，托马斯·林达尔表明，DNA被破坏的速度如此之快，生命应该是不可能存在的。正是这一发现使他得出结论，细胞必须能够修复受损的DNA，这反过来又使他确定了细胞可以做到这一点的一种方式，一种被称为基本切除修复的机制。
我们的第二位诺贝尔奖得主阿齐兹·桑卡尔(Aziz Sancar)最初对修复机制感兴趣，因为他对紫外线损伤细菌细胞在蓝光照射下如何再生感兴趣。这个看似神奇的现象最终使他发现了一种被称为核苷酸切除修复的机制，这种机制可以在细胞暴露于紫外线辐射后修复DNA。除了辐射造成的损伤及其固有的不稳定性外，DNA的错误也可能在复制过程中产生。这是一个细胞复制DNA信息的过程，在你的身体里每天发生数百万次。
保罗·莫德里奇分享了800万瑞典克朗的奖金，他在确定所谓错配修复的确切蛋白质方面发挥了重要作用，这种蛋白质可以纠正99.9%的复制错误。这些科学家所发现的详细了解对癌症研究以及扩大我们对遗传性疾病的认识都有影响，希望能使我们离治疗这些疾病更近一步……
DNA揭示了“进入非洲”的移民
剑桥大学的Andrea Manica博士
是时候回顾过去了，本周剑桥大学的科学家们
已经成功地对最近在埃塞俄比亚发现的一个4500年前的人类的基因组进行了测序。研究结果揭示了我们的早期祖先是如何走出非洲，然后又回到非洲的。安德里亚·马尼卡是团队成员之一，她向克里斯·史密斯讲述了这项工作。
安德里亚-他打来了莫塔的确,。这是一位4500年前生活在埃塞俄比亚高地南部的绅士。他绝对是一个狩猎采集者，我们在一个洞穴里发现了他，这个洞穴实际上在大约5000年前就已经在使用了，然后它一直被持续使用，直到大约2000年前，我们看到人们从狩猎采集者变成了牧民，然后开始生产食物。
克里斯-他为什么在山洞里?他死在那里了吗?
安德里亚-他就埋在那里。所以，我们发现他面朝下被埋，很可能像当时的人那样被绑着，旁边还放着一些他用来打猎的工具。
克里斯:相当戏剧性的发现。你是怎么从他身上提取DNA的我觉得那地方污染很严重，不是吗?
事实上，他被埋在一层很好的岩石下面。所以，实际发现的遗骸几乎没有被碰过，那时我们已经和考古学家一起工作了，所以我们得到了一个非常干净的发现。
克里斯-你从哪里得到的DNA ?他身体的哪个部位?
我们设法把它从所谓的岩骨中取出，也就是耳垂后面的这块小骨头。它真的很硬，而且能很好地保存DNA。它只是不会让细菌进入并破坏DNA。
克里斯:你是怎么读这个序列的?
安德里亚:我们已经对整个基因组进行了排序，所以我们实际上已经有了一个完整的蓝图，然后我们就可以将它与其他非洲人以及世界其他地区的基因组进行比较。
克里斯-为什么在4500年前发现了这个人，为什么这对我们理解现代人类很重要，比如我们从哪里来?
Andrea:嗯，正如你之前提到的，我们是在大约56000年前离开非洲的，但是在过去的几年里，我们开始对现代非洲人有了一些了解，西方欧亚人可能在大约3000年前大量回到非洲。所以莫塔，生活在4500年前，生活在那个时间之前。所以，它给了我们一个很好的参考，在这波浪潮之前人们是什么样子的。
Chris -如果你看一下现在的非洲人，看看他们的基因组，你在现代非洲人身上找到证据了吗?我不想用“污染”这个词，但是他们的基因组中充满了来自5万到6万年前离开非洲的人的基因，这些人在欧洲生活了一段时间，在那里进化了一段时间，然后回到非洲，再次与非洲人繁殖。
安德里亚-是的。我们不太清楚他们是否一路进入了欧洲，或者他们只是在东安纳托利亚附近停了下来。但是，是的，我们非常惊讶，因为即使是非洲最遥远的角落，比如西非或南非，实际上有大约5%的基因组可以追溯到这波西方欧亚人。
克里斯-这个人在埃塞俄比亚。这片区域相当高。世界上最好的马拉松运动员来自埃塞俄比亚，因为他们有这些基因，使他们能够适应低氧条件。莫塔先生也是这样吗?
安德里亚:确实是。他实际上有那些我们现在在埃塞俄比亚人身上发现的关键适应能力。它们在4500年前就已经在那里了，而且可能已经在那里生活了很长时间。这些人必须应对这种复杂的环境。他们是狩猎采集者，他们必须在这样的海拔高度追捕猎物。它们高度适应了那种生活。
克里斯:现在你有了莫塔的序列，你打算用它做什么这将改变我们对这些迁移模式的理解?
每次我们试图重建人类离开非洲时发生的事情，比如分析在离开非洲期间与尼安德特人的杂交。
克里斯-混进…
安德里亚-和尼安德特人混在一起。我们总是要参考非洲。直到现在，我们总是用这些现代非洲人作为参考。例如，在与尼安德特人混合的情况下，我们实际上遗漏了一些已经发生的混合因为我们的参考已经，正如你之前所说，必须被污染或至少已经包含了一些尼安德特人的基因。
抗氧化剂会导致癌症扩散
与哥德堡大学的Martin Bergo教授合作
新的研究表明，癌症后服用抗氧化剂维生素药片
诊断可能会增加疾病传播的机会。抗氧化剂，如-胡萝卜素和维生素E，被认为有助于保护我们的DNA免受损害，降低患癌症的风险。但抗氧化补充剂的临床试验表明，事实上，它们可能会产生相反的效果——并增加死于这种疾病的几率。瑞典哥德堡大学的Martin Bergo对患有皮肤癌黑色素瘤的老鼠进行的一项新研究有助于解释其中的原因。Kat Arney发现更多…
马丁:首先，我们研究了当我们给皮肤上已经有小肿瘤的老鼠注射抗氧化剂时会发生什么。所以，我们在饮用水中加入了抗氧化剂。起初，我们很惊讶，因为我们没有看到对原发性肿瘤有任何影响。原发肿瘤的数量和大小未受影响。但当我们观察内部时，发现补充抗氧化剂使转移的频率增加了一倍。
所以，这就是癌症在体内扩散。
马丁:是的，这是大多数癌症发展过程中最危险的部分，尤其是恶性黑色素瘤的细胞。
你认为你的结果对病人来说意味着什么?显然，这是一项动物研究，但我们是否可以从中吸取教训，还是说现在下结论还为时过早?
马丁:我不认为现在说这个还为时过早。在老鼠身上发现这一点后我们做的第一件事是我们观察了一大组人类恶性黑色素瘤细胞系我们发现了同样的事情，即使是在培养的时候，这些细胞的增殖它们的分裂能力在我们给它们抗氧化剂的时候并没有不同。这与小鼠的原发肿瘤不受影响是类似的。但抗氧化剂增强了它们迁移和侵入组织的能力。这实际上也发生在人类细胞中。
抗氧化剂是如何产生这种效果的?这似乎有点奇怪，像这样的东西可能会鼓励细胞生长和入侵更多?
马丁:我认为最简单的说法是抗氧化剂可以保护健康细胞免受自由基的侵害，但它们也可以保护肿瘤细胞免受自由基的侵害。自由基可以限制肿瘤细胞增殖的能力，自由基可以限制恶性黑色素瘤细胞转移的能力。所以，抗氧化剂是在帮助肿瘤细胞。
Kat:如果癌症患者看到抗氧化剂的广告或在网上读到有关抗氧化剂的信息，那么这项研究是否给他们带来了启示?
马丁:这是一个非常重要的争论点。研究表明，刚刚被诊断患有癌症的人比一般人更倾向于服用抗氧化剂补充剂。所以他们发现潜在的风险是非常重要的。也许是时候从中得出一些普遍的建议，建议癌症患者不应该在饮食中补充抗氧化剂。
凯特-我们确实听说过很多关于水果和蔬菜中天然存在的抗氧化剂之类的东西。这是否意味着人们不应该吃“一天五份”，或者不吃水果和蔬菜?
马丁:这是一个非常好的问题。值得注意的是，我们研究了抗氧化剂补充剂我们选择的剂量是你作为一个人服用补充剂时应该摄入的剂量——药丸。但这并不是过量。你不用吃那么多药。你必须服用正常剂量的抗氧化剂补充剂。所以，至少从我们的研究来看，没有理由表明食物中的抗氧化剂会导致这种效果。
中微子获得诺贝尔物理学奖
与伦敦大学学院的Andrew Pontzen博士合作
安德鲁·庞岑揭示了谁获得了诺贝尔物理学奖，并讨论了获奖的真正条件……
本周，诺贝尔物理学奖被授予粒子物理学家梶田隆明和阿瑟·麦克唐纳。
那么，对于那些还没有接到瑞典打来的获奖电话的人来说，我们应该从这个公告中学到什么呢?首先，要有耐心。本周获得奖励的工作主要是在20年前完成的。这一切都是为了弄清楚中微子发生了什么——微小的能量束，很难被探测到。
早在20世纪30年代，人们就预测到中微子的存在是为了解释核反应。但实际上直到20年后的20世纪50年代才首次发现它们。在整整40年后的20世纪90年代，诺贝尔奖委员会终于抽出时间奖励了第一次发现。
第二，有竞争力是件好事。该奖项认可的工作是由两个完全独立的团队完成的。Takaaki Kajita的团队在日本进行了超级神冈实验，他们认为研究中微子的最好方法是利用宇宙射线撞击地球大气层产生的中微子流。然而，在加拿大萨德伯里中微子天文台工作的亚瑟·麦克唐纳团队却在研究太阳核反应自然产生的中微子。
这两个实验都显示出中微子遭受了一点身份危机的迹象。实际上应该有三种不同类型的中微子，但是两个实验的结果只有在每个中微子不时改变自己的想法时才有意义。
所以，在任何给定的时刻，你可以说，“好吧，这个中微子是一个电子中微子”，但你再看一遍，过了一段时间，它变成了一个微小的中微子。这一切都很奇怪，所以这是一种你不会仅仅从一个实验中就相信的事情。但真正的教训是要确保你是老板。
这些都是复杂的实验。宣布这些发现的论文有大约200位作者，但只有每个团队的老板得到了认可。
所以，即使你参与了下一个诺贝尔奖的发现，很有可能，实际上获奖的不是你……
到达火星的诸多挑战
我是空中客车防务公司的Paul Meacham博士
本月，“裸体科学家”组织金宝搏app最新下载推出了一系列节目
探索怎样才能把人类送上火星。这周的重点是我们的旅程——我们将如何到达那里。对于火箭工程师来说，仅仅是将人类运送到火星的想法就令人头疼。与漫游者或其他惰性卫星和探测器相比，人类是高度不可预测的，需要和脆弱的。辐射是我们身体的克星;微重力会使骨头变得又细又弱，如果你摔断了一条腿，可能需要几个月的时间才能修复。这些只是科学家们在考虑如何将人类送上这颗岩石红色星球时正在努力解决的数百个问题中的几个。格雷哈·杰克逊冒险来到空中客车防务公司的“火星场”，与保罗·米查姆会面，揭开我们面对的到底是什么……
火星不是一个容易到达的地方。这实际上要求很高。即使只是离开地球表面也很困难，因为我们的重力对我们来说不是很强。但这是一股难以置信的力量。
Graihagh -我想到那里大概需要9个月吧?
保罗-是的，很长时间了。九个月的巡航，当然，在这段时间里，你远离地球的保护层。所以，你受制于空间的所有元素。要克服这一点非常棘手。
Graihagh -那你手头的工作可真大啊。
保罗:我们当然有，这就是为什么像火星场这样的设施如此重要的原因，因为它使我们能够练习我们到达地球上的火星时需要担心的一切。
格雷哈-这是我去过的最奇怪的地方。我不知道该怎么形容。
我一时说不出话来，但想象一下，一个巨大的沙坑里充满了亮橙色的沙子，墙上粘着真正的岩石和聚苯乙烯巨石的混合物，这就是火星的景色。除了没有失重、辐射的灼热效应和丰富的氧气，我确实觉得自己在火星上漫步。这是火星场，不，这不是电影布景。在这里，像保罗这样的科学家测试了ExoMars探测器的原型，该探测器将于2018年被送往火星进行更多的科学测试。最新的原型机被亲切地称为布鲁诺。
保罗-布鲁诺身上有真正的漫游者自主驾驶所需的所有传感器，比如摄像头和车轮上的所有传感器等等。所以基本上，我们在这个火星场练习自己驾驶火星车。
格雷哈-我们能带他出去兜风吗?
保罗:是的，我们当然可以。
格雷哈-我可以踩在沙滩上吗?
保罗-你可以的。
格莱哈——布鲁诺走了。布鲁诺看起来像长颈鹿。它不是四条腿，而是六个轮子，轮子就像坦克上的那种东西。让我震惊的是，这里有很多事情需要考虑，很多事情可能会出错。这只是一个和我差不多高的漫游者。如果我们把人类送上火星呢?
保罗:你必须考虑人类将要承受的所有因素，并尽可能地保护它们。一个最简单的例子就是发射阶段。所以，如果你被绑在火箭的顶部，那不是一个很愉快的地方。你会受到很多振动，很多声波的冲击。所以，你必须建造你的宇宙飞船，能够承受所有这些力量，而不是将太多的力量传递给实际的乘客。
Graihagh -你怎么测试呢?
保罗:基本上，你有环境测试设备。在那里你有一个大桌子来摇晃宇宙飞船。我们甚至有一个房间用来做声学测试。所以基本上，我们把宇宙飞船放在那里，然后用声波轰击它。这不是一个特别令人愉快的地方，因为如果你是那个房间里的一个人，当我们测试我们的一艘宇宙飞船时，你会被杀死。
Graihagh——声波致死听起来不像是一种好方法，这只是开始。那么，下一步是什么?当你离开地球大气层进入太空时，你还需要考虑什么?
保罗:可能，主要考虑的是辐射环境。就像你说的，我们要离开地球大气层的保护然后你就会受到太阳风和宇宙辐射的全部影响。我们很清楚辐射对人体的影响。它并没有带来什么好处，你必须花9个月的时间去经历它。
Graihagh -我认为这是一个巨大的问题，因为我知道在阿波罗任务中，在太空中呆3天相当于12次胸部x光。
保罗-没错。他们飞过了我们所说的范艾伦辐射带那是环绕地球的辐射带。这是一个高能量的环境。但是，是的，正如你所说，那只是3天，我们说的是9个月。所以，等效剂量要高得多。所以，我们要想办法保护宇航员免受这种伤害。
Graihagh -我们在太空中。我们现在可以免受辐射了。我们还要对抗什么?
保罗:下一件要考虑的事情是让你的宇航员活下去，因为你要带着他们需要的所有东西。最重要的是，它是氧气，但氧气不是一种特别令人愉快的气体。它非常易燃，所以你要仔细考虑如何储存它。著名的阿波罗13号任务是由一个氧气罐爆炸引起的，它造成了严重的问题。至少在这种情况下，他们有一半的机会回到地球，而如果你在去火星的半路上，这种情况发生了，你根本没有机会回来。
grahagh -如果我们最终克服了所有这些危险，当我们到达着陆表面时，我们还需要担心什么呢?
保罗:首先，这将是我们将要经历的温度范围。所以，我们必须对探测器外部的大部分东西进行检测温度在零下130摄氏度到55摄氏度之间。所以，你必须创造一个室温左右的环境，能够承受我们在地球上看到的这些巨大的极端温度，这并不容易做到。
格雷哈:不，完全没有。你相信你的同事能设计出一些聪明的东西来做这些不可思议的事情吗?
保罗:是的，因为我认为我们使用的东西和我们在火星车内部使用的东西没有什么不同。火星车的主要结构被称为浴盆，它有一个相当于双层玻璃的空间，以创造一个热障，热量不能进入，也不能流出。当你这样做的时候，你就可以在茧里创造一个适宜居住的微环境。
格雷哈:所以宇航员要住在浴缸里了。
保罗-我不应该叫它浴盆，对吧，那是你所指的漫游者的主要结构。
保护宇航员免受辐射
与科技设施局的露丝·班福德博士合作
我们目前面临的将人类送上火星的主要障碍之一是宇宙辐射。我们如何保护船上的宇航员免受这些可能致命的射线的伤害?科学技术设施委员会的露丝·班福德认为她可能找到了答案，正如她向克里斯·史密斯解释的那样，这与地球保护我们免受辐射的方式并没有什么不同。
露丝:在太空中，有很多小粒子以非常高的能量加速，可以穿透身体深处，造成很大的伤害。
克里斯-有哪些粒子，它们叫什么?
鲁斯:嗯，它们是质子和电子，太阳的物质，它们被太阳上的爆炸加速了。
Chris -我想你们会得到这些粒子，它们以很高的能量运动，考虑到它们非常小，它们能够穿透你的航天器的皮肤，如果你碰巧在路上，它们会穿过你的身体，它们会很好地与你体内的细胞相互作用，有点像微型导弹。
露丝:对，完全正确。它们穿过整个宇宙飞船，然后它们能够像微型子弹一样深入人体内部，如果它们的数量非常多，它们会损害神经组织和细胞，最终导致器官衰竭。
克里斯:你的意思是，患癌症的风险并不大，因为你的DNA受到了损伤，你甚至可能活不到得癌症的时候。如果你摄入了大量的这些物质，它们会破坏你的细胞和所有的组织，让你在太空旅行中感到非常不适。
露丝:是的，没错。他们认为，一般安静时间的太阳风足够低，你可以在火星之旅中幸存下来。只要没有产生大量高能粒子的大风暴，如果发生这种情况，人体就无法应对，你会严重生病，甚至可能死亡。但即使是严重的疾病也会威胁到整个船员。
克里斯-很明显，我们不能冒这个险。我们想要找到一种方法来解决这个问题。但考虑到地球实际上是一个航天器，它在绕太阳运行的轨道上，地球肯定一直受到这些粒子流的撞击。那么，为什么我们在水面上看不到它们呢?
露丝:嗯，我们确实看到了一小部分，但我们有几道防线。第一个原因是地球的磁场，它有助于减缓粒子的速度，并使许多粒子偏转。在那之后，我们有了地球的大气层，它很好地切断了一部分本来会撞到我们的粒子。
克里斯-那我们把东西送入太空的时候呢?如果你以国际空间站为例，那里的宇航员会受到更多的辐射吗?
露丝:国际空间站的宇航员受到的辐射大约是我们在地面上受到的辐射的200倍，但空间站仍然在地球大气层内，就在地球的边缘。所以，无论如何，它们仍然部分地受到地球磁场的保护。但即便如此，他们确实有一个恐慌室，当有大风暴的时候，他们不得不使用它。
克里斯:这样的房间对我们要送往火星的飞船来说不实用吗?
鲁斯-我希望火星飞船会有一个额外的屏蔽室，但这可能是因为你没有地球的磁场和地球的磁层保护你，你遇到的能量和粒子会穿过它，因为我们相信它会穿过几米厚的混凝土。
克里斯:既然如此，我们应该采取什么措施来保护我们的宇航员，这样如果发生风暴，他们就不会在飞船里被烤焦了?
露丝:我们想做的是向大自然学习，试着在宇宙飞船周围放置一个人造磁层。
克里斯-你打算怎么做?
露丝:我们希望做的是用超导材料做一个很大的环，如果暴风雨需要的话，就给它通电，用剩下的时间用来给航天器系统供电。
克里斯-我明白了，你利用线圈来产生你需要的磁场。
露丝:是的，没错。
克里斯-这个领域需要多强大，因为这听起来不像是一个非常大的解决方案?这听起来真的很简单。
露丝:嗯，这在概念上很简单，但实际上，互动是非常复杂的。从我们的研究来看，对于载人飞船来说，它的能量水平要可信得多。所以，你说的是磁场的几特斯拉。
克里斯:从这个角度来看，这和你在医院的核磁共振成像仪上得到的强度大致相当，不是吗?
露丝:更少了。
克里斯-一旦你创造了那个场，它会对航天器产生什么影响，从而意味着这些原本有能力穿透数米混凝土的粒子突然被驯服了?
露丝:嗯，磁场作用于太阳风中的两种电荷。带负电的电子很轻，带正电的质子也很危险。因此，磁场会很快地吸收电子并重新引导它们，因为它们很轻。离子，质子通常很难沿着磁力线运动。但是它们会注意到如果它们失去了电子因为这会产生一个空间电荷，一个电场，正是这个电场会把离子拉回来并使它们重新定向，希望能远离航天器。
Chris -因此有人认为，如果你把这个方法移植到星际飞船上，它就可以工作了。
露丝:我们很有希望。
生活在太空是什么感觉?
Stanley G. Love博士，NASA管理宇航员
宇航员在太空的生活是什么样的?它们吃什么，怎么睡觉
那洗澡呢?美国宇航局宇航员斯坦利·g·洛夫带着格雷哈·杰克逊在太空中度过了他的时光，从起飞开始……
斯坦利:你在发射前2.5到3个小时被绑起来。你会有足够的时间去思考这是否真的是个好主意。
grahagh -你在想什么?
斯坦利:嗯，宇航员的祷告有两种，标准的一种是“我真的希望我不要搞砸了”，并不是每个人都承认，但很多人也希望他们不要被炸飞。
从地面发射到进入轨道大约需要8分钟。在这段时间里，有一些里程碑是你需要检查的——你会说，“好吧，从这一点开始，如果我们失去了一个引擎，我们将飞越大西洋并降落在非洲，而在此之前，如果我们失去了一个引擎，我们会试图掉头并降落在佛罗里达。”我的指挥官还通过耳机向我们宣读了一个里程碑。他为我们这些新人做了一个小小的祝贺声明，祝贺我们成功进入太空，正式成为宇航员。当引擎关闭，你漂浮在轨道上，这是40%的风险，你的整个太空任务在这8分钟内就结束了。所以，你会有一种很好的感觉，“这比我8分钟前坐在垫子上的时候安全了一倍。”所以，这是一种很棒的感觉。漂浮在背带上的感觉真是太棒了，接下来你会想到，是时候开始工作了。
Graihagh -给我描绘一下太空生活吧。我想微重力会对你的睡眠、饮食和淋浴等各种事情造成严重破坏。
斯坦利:是的，淋浴。谁说要洗澡了?
grahagh -两周没洗澡?
斯坦利-想象一下，关掉重力开关，打开淋浴。水会到处乱飞。所以，如果你想洗澡，那就用海绵洗澡。但你是对的。当你在微重力下的时候，日常生活真的会有很多变化，尤其是在刚开始迷失方向的时候。我的意思是，有一些好的方面，特别是几天后，你会习惯的。所以，在微重力环境下，你可以同时把裤子穿在两条腿上，但是上床、摆床要花很长时间。你要把睡袋固定在墙上，地板上，或者天花板上。换衣服难，吃饭难。我们的大多数食物都是包装的，你可以撕开一个角落，一点点地吃，如果是液体的东西，你可以把里面的东西吸出来。 It just takes a long time to get anything done. Going to the bathroom can take half an hour especially the first couple of times. The biggest surprise on the whole flight for me was not during the flight but after landing. As your system gets used to being in gravity again, you can be very dizzy like your head is spinning. I didn't quite expect that. I expected some of the other effects to feel kind of weak, maybe sick to my stomach. I did not expect to be dizzy. But in general, we were very, very well prepared for our flight and folks who had been there came back and told us about their experiences so there were not very many surprises.
Graihagh -你提到了那里的微重力的影响，有很多关于对骨密度和肌肉消耗的影响，这是你回到地球两周后遇到的问题吗?
斯坦利:当然，但我是个糟糕的宇航员，而且我没有锻炼身体。但当我回到家时，我有足够的时间来后悔。所以，我减掉了8磅的肌肉，几乎都是腿上的。如果我再去一次，我不会放弃我的锻炼，因为它带来了巨大的不同。而这仅仅是两周的时间。你可以想象如果你在那里待的时间是这个的12倍，在那里待6个月。
你花了多长时间才恢复那8磅的肌肉?
斯坦利:好几个月。我有这样的记忆完成了太空行走在气闸外面等着回到里面我们的航天飞机的轨道带着我们在太平洋上空飞过美国的西部我看到了我成长过程中所知道的世界上所有的景色都在我下面卷起当我们完成太空行走的时候感觉很好。那是一次非常非常美妙的经历，我将终生铭记。
Graihagh -听起来很美。
斯坦利:我想说的是，这是一个来自有天文学背景的人的强有力的声明，地球是太空中最有趣的东西。所以，我希望在未来，越来越多的人可以看到在轨道上是什么样子，俯视地球，看看它到底是什么样子，把我们的家园作为一个行星来观察，而不仅仅是你每天开车上下班的东西。我认为有这样的经历会让我们变得更好。
微重力:通往火星的路障?
马克·威尔逊先生，伦敦帝国理工学院
斯坦利·g·洛夫(Stanley G. Love)在太空中度过了两周没有锻炼的时间后，他减掉了8磅的体重
仅腿上的肌肉量。如果我们要去火星，宇航员将在微重力下旅行9个月。没有重力的生活是否会成为我们即将前往火星的宇航员的主要担忧?神经外科医生马克·威尔逊(Mark Wilson)向凯特·阿尼(Kat Arney)解释说，长途前往火星可能会对健康造成严重影响，但并非无法克服。
马克:有很多影响。我的研究领域是微重力和缺氧对大脑的影响。发生的事情是，因为没有重力把血液拉到你的腿上，你得到了这种液体转移，我们认为颅内压上升。正在发生的事情，我们现在发现在更长时间的太空任务中，正在发生的慢性变化实际上导致了另一种现象，即VIIP或视觉损伤和颅内压在太空中，宇航员正在失去周边视力这也是一个长期的问题，可能会成为火星任务中的一个问题。
所以基本上，他们所有的血液都进入了他们的头部，而液体必须要去某个地方。
马克:是的。我认为问题是你的静脉血引流能力下降了。如果你现在坐在这里，你每分钟向你的大脑中注入大约一升的血液，而这一升的血液也必须每分钟流出。当你没有重力帮助的时候，你就不能足够快地排出血液。
凯特-所以，这就是在前端发生的事情。那么，再往下，身体的其他部分，骨骼和肌肉呢?宇宙飞船的低重力环境对它们有什么影响?在生理层面上发生了什么?
马克:嗯，因为他们没有以正常的方式进行锻炼，我的意思是，当你正常锻炼时，你在走路或跑步，你会进行持续的冲击运动，这有助于有效地促进骨骼更新。因为他们没有，他们失去了骨密度他们没有的另一件事是重力将血液拉入组织。因此，即使人们在太空中锻炼，例如，只是在跑步机上用支架支撑，他们仍然会失去骨密度和肌肉质量，因为尽管他们进行了冲击性锻炼，他们没有把血液拉到腿部的重力。这是两件事;血液流动和冲击运动是维持骨密度和肌肉质量所必需的。
Kat -这对身体有什么影响?因为，如果肌肉和骨骼等东西开始分解，它们的组成部分必须去某个地方?
马克:是的，你会逐渐排出蛋白质，逐渐失去钙，尽管身体不同部位的钙含量是不同的。所以，我之前参与的工作主要是研究，你的大脑发生了什么。你的头盖骨实际上倾向于沉积更多的骨头，而不是失去它。所以，这并不全是损失。这取决于它在你身体的哪个部位发生了变化。
Kat -举个例子，在我们假设的9个月的火星之旅中，我们已经听说斯坦利·洛夫在短暂的太空之旅后，减掉了大约8磅的肌肉。普通宇航员预计会损失多少?
马克:嗯，有不同的研究，但平均而言，这些研究似乎表明，在微重力状态下，人们每月的骨密度会下降1%到5%。如果你要花9个月的时间去某个地方旅行，这是相当多的。我们不知道它是否会趋于平稳，而来自国际空间站的一些证据表明确实如此。但如果它没有平稳下来，那么在你到达之前，你显然会有很多损失。
Graihagh——你几乎可以想象——有人会变成水母吗?它的最终终点是什么?
凯特-我们不知道，但他们可能会有一点损失，这并不是可以接受的事实。当他们到达他们要去的地方时，情况更紧急。你还需要保持骨密度和肌肉，这样你就可以逃跑或移动，做适当的事情，即使在相对较小的重力环境。所以从安全的角度来看，尽管人们说如果这是单程旅行，这有关系吗?这确实很重要，因为实际上，当你到达那里时，你很可能需要做一些事情。
凯特:举个例子，从你的火箭上下来到火星表面，如果你被绊倒了，你会有像这样折断骨头的风险吗?
马克:我们真的不知道，但这是一个可感知的风险。因此，有很多研究都在寻找对策，试图将骨密度和肌肉质量的变化降到最低。
凯特:你都看了些什么?人们可以采取什么样的方法呢?
马克:如果你看一下过去的太空实验室任务和80年代和90年代的一些东西，人们过去常常在太空中锻炼，他们的肩膀上挂着支架，拿着跑步机。这并不能真正阻止骨密度和肌肉质量的变化，因为，尽管你再次受到运动的影响，因为你没有血液被拉到你的腿上，你仍然会失去骨密度和肌肉质量。所以，现在有人提出的一些对策是，像下半身负压，你坐在一个房间里，从你的腿周围吸出空气，底部有一个跑步机，然后你有一个有效的人工重力在你身上，把血液拉到你的腿上，你有冲击压力。这似乎可以防止骨密度和肌肉质量的变化。问题是它需要一些能量和持续的振动，这将影响诸如晶体实验或其他可能正在进行的事情。然后是另一种方法，比如肢间阻力装置用一条腿作为对抗另一条腿的阻力装置。有一些东西，比如人力离心机，有效地将两辆自行车分开，通过相互对抗，你可以在旋转时产生引力。但这些都是相当大的事情。如果你在这样的任务中有一个很小的飞行器，就很难把它规划成那样。所以在这个领域还有很多工作要做。
凯特:那毒品呢?我记得我看过一项研究，是关于熊是如何冬眠的，因为它们在冬眠时肌肉量会减少，但之后又会好转。我们可以从药物或化学物质的生理调节中学到什么来帮助减少这些副作用?
马克:你说熊什么时候冬眠很有趣，但即使你只是长时间躺着，你也会失去骨密度和肌肉量。它也发生在人类身上。我们目前还不知道是否可以通过激素治疗或额外的钙和维生素D等来优化治疗效果。为了保持骨密度和肌肉质量，你必须使用它们。因此，尽管药物可能会带来一点好处，但它不太可能是唯一的解决方案。
多大的风速能把我的卡车吹翻?
这一次，查理·莱斯特兰奇与纽约哥伦比亚大学的博士生西风·佩诺伊尔一起解决了马可的问题……
马可-我当时开着我的卡车，拖着一辆53英尺的拖车，由于强风，它被吹翻了。我想知道你能否算出风速，这样我就知道什么时候该停车了。
查理:听起来我们得做点数学题了。我请纽约哥伦比亚大学(Columbia University)的博士生西风·佩诺伊尔(Zephyr Penoyre)给我讲解一下。
所以，这里有两件事需要考虑——需要多大的力才能使卡车倾斜，以及在它翻倒之前你能把它倾斜多远。
查理:那么它是如何产生力的呢?
西风-嗯，空气仍然有质量和密度。它非常小，比水或金属小得多，这很好，因为否则，人类都会掉到大气中。但这意味着当空气运动时，它有动量。想象一下把你的手放在一股水流中。当它击中你的手并减速时，你会感受到一个力，因为水的动量被转移到你的手上。所以，如果我们让快速移动的空气停下来，例如，当它撞到像卡车这样的固体物体的一侧时，它会转移动量，就会有一个力把卡车推倒。
查理:但是是什么决定了风速需要多快才能把卡车掀翻呢?
西风-风不是唯一的力量。重力也会向下拉货车，阻止它倾斜。为了让卡车开始倾斜，风需要足够快，以转移足够的动量来克服重力。一旦风力足够大，卡车就会转向两个轮子。如果风以同样的速度吹下去，卡车就会翻倒。但是如果风稍微小一点，使力再次匹配，卡车可以无限期地保持两个轮子，这很酷，但看到它沿着高速公路行驶会有点可怕。
查理:哇!我想两个轮子的卡车一定很不稳定。当然，他们最终会倒下吗?
和风-只有当风速再次增加。每个物体都有一个质心，只要质心在它的底部上方，物体就不会倾倒。对大多数人来说，它们就在肚脐后面。把你的脚想象成基座。如果你的肚脐在这个基础之上，你的稳定。但一旦你探出身体，你就会开始跌倒。这就是走路和跑步的本质。过度平衡使你开始朝一个方向跌倒，然后快速移动你的腿以防止摔倒。一旦风使卡车倾斜到使其重心在两个轮子的错误一侧，重力就会把卡车拉向与风推动的方向相同的方向，卡车就会翻倒。很可能，非常壮观。
如果你是一个卡车司机，你能做些什么来阻止你的卡车被风吹翻?
Zefe -如果可以的话，把它填满。你装的越多，卡车就越重，承受的力就越大，在你翻倒之前需要更高的风速。就像马可开的那辆空卡车来说，你可以在风速高达每小时60英里的情况下行驶。但是如果你增加货物的重量，你就可以应对更大的风。
查理:所以，你的速度并不那么重要。重要的是你的卡车有多重，以及它对侧风的影响有多大。感谢Zephyr Penoyre帮我回答Marco的问题。
- 以前的工程的生活
- 下一个掀翻一辆卡车需要多大的风速?
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