A NASA nagy tervei vannak az emberi űrrepülés jövőjéről. Az űrügynökség javaslatai, amelyek szerint hosszú távú, legénységgel járó küldetéseket küldenek a Holdra, és végül a Marsra szálló űrhajósoknak, jelentős előrelépéseket tesznek szükségessé a rakéta és az űrrepülés hardverében. De az új technológiák mellett a tudósok egy másik döntő kérdéssel küzdenek: Vajon képes-e az emberi test fenntartani magát ilyen sok idő alatt a térben? Egy feltáró Mars-misszió két vagy három évet vehet igénybe, míg a legtöbb űrrepedíció eddig legfeljebb hat hónapig tartott. A Föld körüli pályán túli kiterjesztett küldetések mély és potenciálisan veszélyes biológiai hatásokat eredményezhetnek az űrhajósok testében.
A NASA a hosszú távú űrrepülés során a mikrogravitáció, a sugárzás és a szivárgás befolyásának tanulmányozására Scott és Mark Kelly ikreket választott egy egyedi küldetés céljára. A két azonos iker egyaránt NASA próbapilótaként és űrhajósként szolgált, és Scottot egy éven át tartó küldetésre választották a Nemzetközi Űrállomáshoz (ISS), testvére - önmagának genetikai másolatát - hagyva a Földön. A kutatók a föld körüli védjegyet egyfajta ellenőrzési tárgyként használták, hogy összehasonlítsák a Scottban az űrben folytatott éve során bekövetkezett bármilyen változással, amely 2015. március 27-től2016-ig tartott.
Tíz tudóscsoport tanulmányozta az ikrek egészségének és biológiájának különféle aspektusait, a génexpressziótól a bélbaktériumokig a megismerésig. Ma a csoportok összegyűjtött kutatásaik egy részét kiadták egy multidiszciplináris tanulmányban, amelyet április 12-én tesznek közzé a Science folyóiratban .
Az egyes iker-tanulmányi kutatások útjának grafikus ábrázolása a kutatástól az integrációig egy összefoglaló papírra, több kísérő dokumentumhoz. (NASA) Több mint 80 szerzővel a tanulmány számos olyan adatot gyűjt össze és elemez, amelyeket mindkét ikernél gyűjtöttek az egész éves küldetés során, valamint a közvetlenül megelőző és utáni hónapokban. Az eredmények kiterjedtek, de elsősorban azt mutatják, hogy néhány figyelemre méltó kivételtől eltekintve, Scott teste 340 napos stresszviszonyok közötti körülmények között elég gyorsan visszaugrott. A kutatás „az emberi test molekuláris, élettani és magatartási adaptációjának és kihívásainak integrált portréját hozza létre az űrrepülés során” - írják a szerzők.
Az öregedés kérdése
A tíz csapat egyike, Susan Bailey, a Colorado Állami Egyetem sugárkezelési és rákbiológiai professzora vezetésével, a telomerekre, a „sapkákra” összpontosított, amelyek a DNS-szálak végét védik. A Földön ezek a telomerek kimerülnek egy ember élettartama alatt, mivel a DNS replikáció minden egyes köre elviselkedik rájuk.
Amikor Bailey csapata elemezte a Scott fehérvérsejtjeiben levő telomereket, azt találták, hogy ezekben a sejtekben a telomer átlagos hossza valóban nőtt a misszió során. "Pontosan ellentétes volt azzal, amit elképzeltünk" - mondja Bailey. "Azt javasoltuk, hogy valójában minden olyan tényleges stressz és expozíció miatt, mint például a mikrogravitáció, az űrsugárzás és az elszigeteltség ... [valóban] úgy tűnt, hogy felgyorsítják a telomer elvesztését az űrben."
Scott Kelly az űrben töltött éve alatt a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén. (NASA) Amint Scott megérintette a Földet, Bailey csapata megfigyelte, hogy átlagos telomerének hossza csökkent, hogy nagyjából megegyezzen a repülés előtti szinttel. A repülést követő hónapokban azonban több telomer elveszett vagy kritikusan lerövidült. Ez aggodalomra adhat okot, mivel a telomer lerövidülése és elvesztése az öregedéssel és az életkorral összefüggő betegségekkel szembeni érzékenységgel jár, beleértve a kardiovaszkuláris problémákat és a rákot.
A kutatók még nem tudják, hogyan és miért fordultak elő ezek a telomer változások. A csapat remélte, hogy elemezni fogja a telomeráz aktivitását - ez egy enzim, amely kiterjeszti a telomereket, de kikapcsol a legtöbb felnőtt testsejtben, hogy megtudja, vajon aktiválódott-e valamilyen idő alatt, amikor Scott repül. A szükséges anyag azonban „elveszett a térben” - mondja Bailey. A vérmintákat egy Soyuz űrhajón szállították vissza a Földre, de érkezéskor a telomeráz aktivitás halott volt, valószínűleg a Föld légkörén való visszatérés során bekövetkező hőmérséklet-változások miatt.
Bailey szerint fontos az előrehaladás az ezen változások mögött meghúzódó mechanizmus megismeréséről - mondja Bailey - nem csak az űrhajósok kedvéért, hanem azért is, mert az öregedés alaposabb megértése értékes lenne a „földi földlakók” egészségének szempontjából.
Gén kifejezés az űrben
A kutatók Scott genomját is megvizsgálták annak megállapítására, hogy megváltozott-e a génexpresszió repülés közben, mint általában stresszes helyzetekben. Chris Mason vezetésével, a Weill Cornell Medicine genetikusával kutatott DNS- és RNS-módosításokat vizsgáltak, amelyek jelzik az epigenetikus alkalmazkodást. Megfigyelték néhány változást a gének expressziójában, és ezek a variációk felgyorsultak a misszió utolsó hat hónapjában. A repülés kezdetéhez képest több mint hatszor annyi különbséget mutatott a gén expresszióban az utóbbi fele.
Az eredmények kissé meglepőek voltak, mondja Mason, mert arra számított, hogy ezek az eltérések lelassulnak vagy megszűnnek az új környezethez való alkalmazkodás kezdeti időszaka után. A tartós és egyre növekvő genetikai átalakulások azt mutatják, hogy a test hosszú időn keresztül változik a térben.
Andrew Feinberg, a Johns Hopkins Egyetem professzora és orvosi kutatója és csapata a metilcsoportokra összpontosított - a kémiai markerekre, amelyek általában jelzik a gén expressziójának megváltozását -, és úgy találta, hogy az epigenetikus változás nagysága hasonló a két testvérnél. Néhány kisebb különbség ellenére Scott genomja úgy viselkedett, hogy „nem aggasztó” - mondja Feinberg.
A misszió befejezése után a módosított gén kifejezések 90 százaléka visszatért a repülés előtti alapvonalhoz - jó jel annak, hogy a test egy hosszú küldetés után visszatérhet - mondja Mason. A másik 10 százalékot, amely több mint 800 gént tartalmazott, beleértve az immunválaszra és a DNS-javulásra vonatkozókat, még hat hónappal Scott visszatérése után továbbra is eltérően fejeződött ki. "Bizonyos mértékig úgy tűnik, hogy a testben elegendő sejtnek van emlékezete arra, hogy mi történt, hogy még mindig folyamatban van a Földön való visszatéréshez szükséges alkalmazkodás és újrakalibrálás” - mondja Mason.
Az űrrepülés hatása az elmére
Az egyik potenciálisan releváns eredmény mellett a kogníciót tanulmányozó csoport megállapította, hogy Scott teljesítménye egy kognitív teszt sorozatán a repülés utáni időszakban csökkent. Mathias Basner, a Pennsylvaniai Egyetem pszichiátriai professzora és csapata egy speciális kognitív teszt akkumulátort tervezett a NASA számára - tíz számítógépes feladatból álló sorozat az űrhajósok gondolkodásának különféle aspektusainak mérésére, beleértve az érzelmi felismerést, a kockázatvállalást és a figyelmet.
Annak ellenére, hogy Scott repülés közbeni mérése stabil volt, „kognitív hatékonysága”, vagyis a teszt akkumulátor kitöltésének sebessége és pontossága esett vissza, amikor visszatért a Földre. A visszaesés a visszatérését követő hat hónapban megmaradt.
Noha Scott nem mutatott riasztó kognitív hatásokat az egész éven át tartó űrrepülés során, úgy tűnik, hogy sokkal több problémája van a tesztekkel, miután visszatért a Föld környezetébe, összehasonlítva a korrekciós időszakával, miután az előző hat hónapos küldetése (2010. október) és 2011. március. A kognitív eredmények „vörös zászlóként” jelentkezhetnek, ha valami hasonlót vonnak fel a Mars felé, mondja Basner, amely során az űrhajósoknak komplex feladatokat kell elvégezniük a leszállás után.
NASA űrhajós, Scott Kelly (balra), az Expedition 43/44 repülési mérnök és az Expedition 45/46 parancsnoka; és Mihail Kornienko orosz űrhajós, a 43-46. expedíció repülési mérnöke 340 halmozott napot töltöttek az űrben. (NASA / Bill Stafford) „Az űr nagyon ellenséges környezet” - mondja Basner. "Mindig azt akarjuk, hogy az űrhajósok a legjobban teljesítsenek abban az értelemben, hogy tudod, az apró hibák katasztrofális hibákká válhatnak - a legrosszabb esetben a küldetés kudarcához, a felszerelés és az űrhajósok életének elvesztéséhez."
Noha a képzett űrhajósok által vezetett műveletekre valószínűleg nagymértékű káros hatással lenne, ezeket a kognitív változásokat figyelemmel kell kísérni a jövőbeli missziók során, mondja Basner, főleg mivel az embereknek kevés képessége van saját kognitív állapotuk felmérésére, hajlamosak elfogadni jelenlegi helyzetüket feltételeket, mint az „új normál”, még akkor is, ha valójában rosszabbak, mint korábban.
Az űrkutató teste
Scott teljes testében a kutatók az űrrepüléshez kapcsolódó egyéb változásokat is megfigyeltek. Az emberi bélben élő baktériumok közösségének, a Northwestern University kutatói által vezetett kutatás során azt találták, hogy a különféle baktériumtípusok aránya megváltozott Scott évében az űrben. A baktériumok általános sokszínűsége azonban nem csökkent, ami jó jele annak, hogy a mikrobióma egészséges maradt.
Brinda Rana, a San Diego-i Kaliforniai Egyetem egészségtudományi kutatójának vezetése alatt álló csoport megállapította, hogy számos fehérje szintén megváltozott az űrrepülés során. Scott idejéből származó vizeletminták az ISS fedélzetén magas mennyiségű kollagént tartalmaztak, egy strukturális fehérjét. Rana szerint ez az intézkedés a fiziológiai változásokkal együtt - mint például Scott szemgömbjeiben és érrendszerében megfigyelt - jelezheti, hogy a test átalakul. A kutatók megfigyelték az aquaporin 2 szintjének megnövekedett szintjét is, amely protein a kiszáradás jelzője.
A Rana és mások csapata által megfigyelt változások döntő többsége azonban eltűnt, miután Scott visszatért a Földre. "Ez csak egyfajta megmutatja, hogy a test mennyire ellenálló, és mennyire alkalmazkodó az emberi test a különféle környezetekhez" - mondja Rana. "Egy év az űrben - a test képes kezelni ezt."
Mivel a NASA ikrek-vizsgálatának mintázata csaknem olyan kicsi, amennyire csak lehet, a kutatók hangsúlyozták, hogy nem tudják általánosítani az eredményeket, és nem tudják bebizonyítani a közvetlen ok-okozati összefüggést az űrrepülés és megfigyeléseik között. Mégis munkájuk, annak eredendően korlátozott hatóköre ellenére, a NASA-nak ad néhány útmutatást arról, hogy hol láthatnak biológiai változásokat az űrrepülés során - ez egy „értékes ütemterv”, mondja a tanulmány a Naprendszerünkbe tett hosszabb utak lehetséges kockázataival kapcsolatban.
Feinberg szerint a tanulmány kidolgozása olyan volt, mint egy korai térképész. Ő és más nyomozók széles körű vonzással próbálták megérteni, hogy milyen változások történnek a testben az űrrepülés során, általános alakot teremtve, és lehetőséget adva a jövőbeni kutatásoknak az adatok kitöltésére.
A NASA már tervezi az emberi test ezen térképének kitöltését. Bailey és más kutatók folytatják egy újabb hosszú távú projektet, amelyben „tíz űrhajós egyéves küldetéseken, tíz hat hónapos küldetéseken és tíz két-három hónapos utazásokon figyelik egymást. Az egészségügyi adatokat összehasonlítják a földön élő emberekkel, akik ugyanabban az időszakban elszigeteltek ”- nyilatkozta a Colorado State University sajtóközleménye. Más tudósok haladnak az analóg projektekkel a Földön, köztük Rana, aki olyan tárgyakat tanulmányoz, amelyek a hosszú távú ágymaradványon nulla gravitációs körülményeket utánoznak.
Noha még sok tennivaló van, a NASA most már rendelkezik egy olyan multidiszciplináris együttműködés keretrendszerével, amely valószínűleg folytatódni fog a jövőbeni tanulmányokban - mondja Basner. Ami a Scott Kelly-t illeti, készen áll arra, hogy hosszú távon ott legyen.
„Néha a tudomány által feltett kérdésekre más kérdések is megválaszolódnak, és életem hátralévő részében évente egyszer elvégzem a teszteket” - írta 2017. évi könyvében, az Endurance: My Year in Space, A Lifetime of Discovery-ben . „Ez nem különösebben zavar. Érdemes hozzájárulni az emberi ismeretek fejlesztéséhez. ”
