Az űrhajós és ikertestvér tesztjei kiemelik az űrrepülés emberi hatását

A NASA tanulmány olyan fiziológiai és viselkedési eredményekről számol be, amelyek alakíthatják a jövőbeni űrmissziókat

ikertestvér

"data-newsletterpromo_article-image =" https://static.scientificamerican.com/sciam/cache/file/CF54EB21-65FD-4978-9EEF80245C772996_source.jpg "data-newsletterpromo_article-button-text =" Regisztráció "data-newsletterpromo button-link = "https://www.scientificamerican.com/page/newsletter-sign-up/?origincode=2018_sciam_ArticlePromo_NewsletterSignUp" name = "articleBody" itemprop = "ArticleBody">

Egy mérföldkőnek számító tanulmányban a NASA tudósai kimerítő teszteket hajtottak végre Scott Kellyen a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén 2015–2016-ban végzett fárasztó 342 napos turnéja során. És egyszerre figyelték azonos ikertestvérét, Markot (nyugalmazott űrhajós, aki akkor a Földön volt), remélve, hogy az összehasonlítás új információkat tár fel a hosszú távú űrrepülés emberi testre gyakorolt ​​hatásairól.

A Science csütörtökön számolt be a NASA ikrek tanulmányának eredményei azt mutatják, hogy Scott Kelly számos élettani változáson ment keresztül - amelyek többsége visszatért a repülés előtti állapotba, miután visszatért a Földre. A megállapítások segíthetnek a jövőbeni hosszú távú küldetések előkészítésében, például a Marsra utazás vagy a hold körül keringő űrállomáson.

A tanulmány elsőként integrálta mind a viselkedéselemzést, mind a fiziológiát annak vizsgálatára, hogy az űr hogyan befolyásolja az embert, és az első, amely kétéves ilyen átfogó egészségügyi adatokat gyűjtött össze egy középkorú földi emberről - mondja társszerző Brinda Rana, molekuláris genetikus a kaliforniai egyetemen, San Diegóban.

„[Ez] a tudomány a legjobban, sok szempontból, mert a természetben előforduló dolgokat kiaknázza az ok-okozati viszony kipróbálására és megértésére” - mondja S. Alexandra Burt, a viselkedési genetikus, aki a Michigani Állami Egyetem ikernyilvántartásának vezetője és nem vesz részt a vizsgálatban. "Azt hiszem, ez egy egyedülálló esemény volt, és gyönyörűen kihasználták."

Kelly elmondta, hogy eredetileg az ISS misszióra való felkészülés során javasolta a tanulmányt. "Azt mondtam:" Hé, ha valaki kérdezne valamilyen tanulmányról, amelyet Mark bátyámmal terveztek, és én, mert azonos ikrek vagyunk, van-e érdeklődés ez iránt? "- mondja. Eleinte visszautasították, de azt mondja, hogy a NASA tudósai végül több egyetemmel beszéltek, "és kiderült, hogy valójában nagy az érdeklődés". Az Ikrek Tanulmány egy menet volt.

Közel két éven át mindkét testvér vizelet-, széklet- és vérmintákat adott, amelyeket a kutatók tíz külön vizsgálatra használtak fel, amelyek a hosszú távú űrrepülés molekuláris, fiziológiai és kognitív hatásait érintették. A sok nyomozó szoros koordinációja elengedhetetlen volt. "A NASA-hoz 10 nyomozó érkezett az ország minden tájáról - akik többsége nem ismerte egymást - és beültettek minket egy szobába, és arra késztettek bennünket, hogy mindannyian működjünk együtt és váljunk összetartó csapattá ennek a küldetésnek a végrehajtásához" - mondja Rana. Az ilyen minták ISS fedélzetén lévő űrhajósoktól történő gyűjtésének velejárói azt jelentették, hogy a nyomozóknak viszonylag kevés anyaggal kellett dolgozniuk. "Olyan protokollokat kellett kitalálnunk, ahol mindannyian eredményesen végezhetjük tanulmányainkat egy mintával" - mondja Rana. A tanulmány arra ösztönözte a kutatókat, hogy új módszereket hozzanak létre az élettan és a genetika űrkutatásához. "Ez segített nekünk abban, hogy a technológiát ilyen jellegű kísérletekkel végezzük, nemcsak az alacsony földi pályára, hanem a jövőbeni tevékenységekre [például] a kutatási feladatokra is" - mondja Stuart Lee társszerző, a KBRwyle szív- és érrendszeri tudósa.

Kellynek le kellett vennie a saját vérét, és össze kellett szednie a vizeletet és a székletet. "Természetesen bonyolultabb az űrben egy táskába pisilni, mert minden lebeg" - jegyzi meg. - De ami a legfontosabb, időbe telik. Az űrhajósok néha szinte öntudatlanul próbálják nem vizelni a vizeletgyűjtő napokon a pisiléshez szükséges idő miatt. Ezt tükrözték az eredmények: a kutatók azt találták, hogy Kelly következetesen enyhén dehidratált, ez gyakori jelenség a hosszú távú küldetések űrhajósai között - és a tudósok ezt tulajdonképpen az űrhajósok bosszúságának tulajdonítják a fedélzeten lévő bonyolult WC-vel.

A tanulmány megállapította, hogy Kelly szinte állandó fiziológiai stressz alatt volt repülés közben. Immunrendszere magas fokú készültségben volt; változásai voltak a DNS expressziójában; nyaki artériája kitágult. Kidolgozta továbbá az „űrrepüléssel összefüggő neuro-okuláris szindrómát” vagy a SANS-t is - olyan állapotot, amely megváltoztatja a szemét, és amelynek oka rosszul ismert. Vére pedig, amelyet a gravitáció már nem vonz a lábához, összegyűlt a fejében. "Az elején ez a legrosszabb" - mondja Kelly. - A tested idővel alkalmazkodik hozzá, de tapasztalataim szerint soha nem alkalmazkodik teljesen. Mindig nyomást éreztem a fejemben.

Repülés közben Kelly telomerjei - az ismétlődő nukleotidok védő szekvenciái, amelyek az egyes kromoszómák végét „takarják”, mint a cipőfűző agletjei - hosszabbak lettek. "Ez minden bizonnyal meglepetés volt, mert belemegyünk a tanulmányba, amelynek éppen az ellenkezőjét javasoltuk" - mondja Susan Bailey, a Colorado Állami Egyetem biológusa, aki a tanulmány telomer vizsgálatát irányította. A telomerek az életkor előrehaladtával rövidülnek, a telomeráz nevű enzim pedig javítja és meghosszabbítja őket. Az asztronautákat rendkívüli mikrogravitációs, izolációs és sugárterhelésnek teszik ki, amelyek hozzájárulhatnak a telomerek megrövidüléséhez - mondja Bailey. Gyanítja, hogy Kelly rendkívül ezredes étrendje és edzésprogramja az ISS fedélzetén hozzájárulhatott a meghosszabbodáshoz - vagy hogy a jelenség arra utalhat, hogy sejtsejtje megváltozott az űrrepülés során. "A továbbiakban azt gondolom, hogy megpróbáljuk beépíteni ezeket a telomer végpontokat néhány szabványos mérésbe, amelyet az űrhajósokon végeznek, hogy ezt a kérdést valóban közvetlenül megválaszolhassuk" - mondja.

Miután Kelly visszatért a Földre, a fiziológiai, génexpressziós és egyéb változások nagy része körülbelül hat hónap alatt normalizálódott. De még mindig volt egy alkalmazkodási időszak. "Amikor visszatérsz a Földre, az összes vér csak össze akar gyűlni a lábadban" - mondja. - Ez hetekig tartott nekem. Kiütések és csalánkiütések is kialakultak nála, valahányszor a gravitációtól megszokott bőrén nyomás nehezedett. Még az asztalra támaszkodás is reakciót váltott ki. De végül átállt, egy reményt keltő jel, hogy az űrhajósok egészségére kevés hosszú távú veszély lehet az űrben töltött hosszú idő után. Ennek ellenére fontos megjegyezni, hogy a Marsra utazás vagy más távolsági felfedezés további aggodalmat jelent: a sugárzást. Az ISS fedélzetén található űrhajósokat még mindig kissé védi a kozmikus sugaraktól a Föld mágneses pajzsa; egy Mars-misszió sokkal magasabb szintű galaktikus sugárzásnak tenné ki őket - mondja Lee.

A tanulmány szerzői óvatosságra intenek, hogy a rendkívül kis mintanagyság miatt „lehetetlen az okságot tulajdonítani”. Azt írják, hogy a tanulmánynak „hipotéziseket generáló és keretdefiníciósnak” kell lennie, és az űrhajósokkal kapcsolatos jövőbeni kutatások kiegészítik a munkát. "Ez mind igaz" - mondja Burt. De hozzáteszi, hogy egy genetikailag azonos alany visszatérése a Földre lehetővé teszi az ok-okozati viszony sokkal erőteljesebb feltételezését, mint azt a tanulmány másképp tehette volna. Kelly egyetért azzal: "Igaz, ez egy n-es kísérlet" - mondja. - De nem láttak semmit, ami megakadályozhatott bennünket abban, hogy a Marsra menjünk. Ugyanakkor hozzáteszi: "ha túl akarunk lépni a Marson" - arra kérve az űrhajósokat, hogy évekig a mikrogravitációban maradjanak -, "el kell kezdenünk gondolkodni a mesterséges gravitációról".