NASAl on suured kosmoselendude tulevikuplaanid. Kosmoseagentuuri ettepanekud saata pikaajalised meeskonnaga missioonid Kuule ja lõpuks maa peal astronaudid Marsile nõuavad olulist edasiminekut raketi- ja kosmoselendude riistvara osas. Kuid koos uue tehnoloogiaga seisavad teadlased silmitsi veel ühe olulise küsimusega: kas inimkeha suudab end nii palju aega kosmoses säilitada? Avastav Marsi-missioon võib võtta kaks või kolm aastat, samas kui enamik seniseid kosmoseekspeditsioone on kestnud kuus kuud või vähem. Pikemad missioonid väljaspool Maa orbiiti võivad põhjustada astronautide kehades sügavat ja potentsiaalselt ohtlikku bioloogilist mõju.
Pikaajalise kosmoselennu mikrogravitatsiooni, kiirguse ja kinnise mõju uurimiseks valis NASA ainulaadse missiooni jaoks kaksikud Scott ja Mark Kelly. Kaks identset kaksikut on mõlemad olnud NASA katsepilootide ja astronautidena ning Scott valiti üheks aastaks kestvaks missiooniks Rahvusvahelisse Kosmosejaama (ISS), jättes oma venna - enda geneetilise koopia - maakera alla. Teadlased kasutasid maapõuemärki omamoodi juhtimisobjektina, et võrrelda Scotti kõikumisi kosmoses toimunud aasta jooksul, mis kestis 27. märtsist 2015 kuni 1. märtsini 2016.
Kümme teadlaste meeskonda uurisid kaksikute tervise ja bioloogia erinevaid aspekte geeniekspressioonist soolebakteriteni tunnetuseni. Täna avaldasid meeskonnad osa oma koostatud uurimistööst interdistsiplinaarses uuringus, mis avaldatakse 12. aprillil ajakirjas Science.
Graafiline illustratsioon üksikute Kaksikute uuringute uurimistööst alates uurimistööst kuni integreerimiseni kuni ühe kokkuvõtliku paberi ja mitme kaasandeni. (NASA) Rohkem kui 80 autoriga uuring koondab ja analüüsib laia valikut andmeid, mis on kogutud mõlemast kaksikust kogu aastase missiooni jooksul ning vahetult enne ja pärast seda. Tulemused on laiaulatuslikud, kuid näitavad peamiselt seda, et Scotti keha põrkas stressirohketes kosmoseoludes pärast 340 päeva möödumist üsna kiiresti tagasi, välja arvatud mõned märkimisväärsed erandid. Uurimistöö loob "integreeritud portree inimkeha molekulaarsetest, füsioloogilistest ja käitumuslikest kohanemisviisidest ja väljakutsetest laiendatud kosmoselennu ajal", kirjutavad autorid.
Vananemise küsimus
Üks kümnest meeskonnast, mida juhib Colorado osariigi ülikooli kiiritus- ja vähibioloogia professor Susan Bailey, keskendus telomeeridele - „mütsidele”, mis kaitsevad DNA ahelate otsi. Maal kaovad need telomeerid inimese elu jooksul, kuna iga DNA replikatsiooni ring kulub nende kohal.
Kui Bailey meeskond analüüsis Scotti valgete vereliblede telomeere, leidsid nad, et nende rakkude keskmine telomeeri pikkus tõusis missiooni ajal tegelikult. "See oli täpselt vastupidine sellele, mida olime ette kujutanud, " ütleb Bailey. "Me tegime ettepaneku, et tegelikult kõigi tõeliselt ainulaadsete pingete ja kokkupuute tõttu selliste asjadega nagu mikrogravitatsioon, kosmosekiirgus ja isolatsioon ... [tundus], et need kiirendavad telomeeride kadu ruumis."
Scott Kelly viibis oma kosmoseaastal rahvusvahelise kosmosejaama pardal. (NASA) Kui Scott Maa peal tagasi puudutas, täheldas Bailey meeskond, et tema keskmine telomeeri pikkus vähenes umbes lennueelse tasemega. Kuu aja jooksul pärast lendu kadus suurem arv telomeere või lühenes neid kriitiliselt. See võib olla murettekitav leid, kuna telomeeride lühenemine ja kadumine on seotud vananemise ja vastuvõtlikkusega vanusest tingitud haigustele, sealhulgas südame-veresoonkonna probleemidele ja vähile.
Teadlased pole veel kindlad, kuidas või miks need telomeeri muutused aset leidsid. Meeskond lootis analüüsida telomeraasi - ensüümi, mis pikendab telomeere, kuid lülitatakse välja enamikus täiskasvanute keharakkudes - aktiivsust, et näha, kas see kuidagi aktiveerus, kui Scott oli lennu ajal. Vajalik materjal oli aga „kosmosesse kadunud”, ”väidab Bailey. Vereproovid toimetati Soyuz kosmoselaevaga tagasi Maale, kuid telomeraasi aktiivsus oli saabumisel surnud, mis võib olla tingitud temperatuurimuutustest Maa atmosfääri naasmise ajal.
Bailey sõnul on oluline edasi liikuda nende muutuste taga oleva mehhanismi kohta kosmoselennu ajal ja pärast seda - seda mitte ainult astronautide huvides, vaid ka seetõttu, et vananemise põhjalikum mõistmine oleks väärtuslik maainimeste tervisele.
Geeniekspressioon kosmoses
Teadlased uurisid ka Scotti genoomi, et näha, kas geeniekspressioon lennu ajal muutus, nagu see kipub seda tegema stressiolukordades. Weill Cornell Medicine geneetiku Chris Masoni juhitud meeskond uuris DNA ja RNA modifikatsioone, mis annaksid märku epigeneetilisest kohanemisest. Nad täheldasid mõningaid muutusi geenide ekspresseerimises ja need variatsioonid kiirenesid missiooni viimase kuue kuu jooksul. Võrreldes lennu algusega kerkis geeniekspressioonide üle poole rohkem kui kuus korda rohkem erinevusi.
Mason ütleb, et leiud olid mõnevõrra üllatavad, kuna ta eeldas, et need erinevused aeglustuvad või peatuvad pärast uue keskkonnaga kohanemise esialgset perioodi. Pidevad ja kasvavad geneetilised transformatsioonid näitavad, et keha muutub pikka aega kosmoses.
Johns Hopkinsi ülikooli professor ja meditsiiniuurija Andrew Feinberg ja tema meeskond keskendusid metüülrühmadele - keemilistele markeritele, mis tavaliselt annavad märku geeniekspressiooni muutustest - ja leidis, et epigeneetiliste muutuste suurus oli kahe venna puhul sarnane. Hoolimata väikestest erinevustest, käitus Scotti genoom viisil, mis ei olnud murettekitav, vahendab Feinberg.
Pärast missiooni lõppu pöördus 90 protsenti modifitseeritud geeniekspressioonidest tagasi lennueelsele algtasemele - see on hea märk, et keha võib pärast pikka missiooni tagasi põrgatada, väidab Mason. Ülejäänud 10 protsenti, mis hõlmas üle 800 geeni, sealhulgas need, mis olid seotud immuunvastuse ja DNA paranemisega, ekspresseeriti ikkagi kuus kuud pärast Scotti tagasitulekut erinevalt. "Tundub, et mingil määral on kehas piisavalt rakke, mis mäletavad juhtunut, et Maa peal olemiseks on veel käimas kohanemine ja ümberkalibreerimine, " räägib Mason.
Kosmoselennu mõju meelele
Ühe potentsiaalselt puudutava tulemuse osas leidis kognitsiooni uuriv meeskond, et Scotti jõudlus kognitiivsete testide seerias langes lennujärgsel perioodil. Pennsylvania ülikooli psühhiaatriaprofessor Mathias Basner ja tema meeskond kavandasid NASA-le spetsiaalse kognitiivse testi aku - 10 arvutipõhise ülesande seeria, et mõõta astronautide mõtlemise erinevaid aspekte, sealhulgas emotsionaalset äratundmist, riskide võtmist ja tähelepanu.
Ehkki Scotti mõõdud lennu ajal olid stabiilsed, langes tema "kognitiivne efektiivsus" või kiirus ja täpsus testi aku täitmisel, kui ta Maale tagasi jõudis. Langus langes kuue kuu jooksul pärast tema tagasitulekut.
Ehkki Scott ei ilmutanud aastase kosmoselennu jooksul murettekitavat kognitiivset mõju, tundus, et pärast Maa keskkonda naasmist oli tal katsetega palju rohkem probleeme, kui pärast eelmist kuuekuulist missiooni 2010. aasta oktoobrist kuni 2010. aasta oktoobrini kestnud kohanemisperioodini. Märts 2011. Kognitiivsed tulemused võivad olla nn punane lipp, kui planeeritakse midagi Marsile suunatud missiooni taolist, väidab Basner, et astronaudid peaksid pärast maandumist tegema keerukaid ülesandeid.
NASA astronaut Scott Kelly (vasakul), Expedition 43/44 lennumehaanik ja Expedition 45/46 ülem; ja Vene kosmonaut Mihhail Kornienko, ekspeditsiooni 43-46 lennumehaanik, veetsid mõlemad 340 kumulatiivset päeva kosmoses. (NASA / Bill Stafford) "Kosmos on väga vaenulik keskkond, " ütleb Basner. "Me tahame, et astronaudid teeksid alati oma parimat, kui teate, et pisikesed vead võivad katastroofilisteks vigadeks osutuda - halvimal juhul missiooni ebaõnnestumiseks ning varustuse ja astronautide elu kaotamiseks."
Ehkki väljaõppitud astronautide juhitud operatsioonide mõjutamine võtab tõenäoliselt suurt kahjustust, tuleks neid kognitiivseid muutusi tulevaste missioonide ajal jälgida, väidab Basner, eriti kuna inimestel on halb võime omaenda kognitiivset seisundit hinnata, kipuvad nad aktsepteerima oma praegust tingimused kui “uus normaalne”, isegi kui nad on tegelikult varasemast halvemad.
Kosmoseuurija keha
Kogu ülejäänud Scotti kehas jälgisid teadlased muid kosmoselendudega seotud muutusi. Inimese soolestikus elavate bakterite kogukonna mikrobiomi uurimisel leidis Northwesterni ülikooli teadlaste juhitud meeskond, et eri tüüpi bakterite proportsioonid muutusid Scotti aastal kosmoses. Bakterite üldine mitmekesisus siiski ei vähenenud, mis on hea märk, et mikrobioom püsis tervena.
California San Diego ülikooli terviseteaduste teadlase Brinda Rana juhitud meeskond leidis, et kosmoselennu ajal muutusid ka mitmed valgud. ISSi ajal Scotti ajast pärit uriiniproovid sisaldasid kõrgel hulgal kollageeni, struktuurvalku. Vaadates seda meedet koos füsioloogiliste muutustega - nagu neid täheldati Scotti silmamunades ja veresoontes -, võib see olla märk keha ümberkorraldamisest, väidab Rana. Teadlased täheldasid ka akvaporiin 2, valgu, mis kipub olema dehüdratsiooni marker, kõrgendatud taset.
Valdav enamus Rana ja teiste meeskonna täheldatud muudatustest kadus, kui Scott siiski Maa peal tagasi puudutas. "See näitab just seda, kui keha on vastupidav ja kui inimkeha on erinevate keskkondade suhtes kohanemisvõimeline, " räägib Rana. "Aasta kosmoses - keha saab sellega hakkama."
Kuna NASA kaksikute uuringu valimi suurus on täpselt nii väike kui võimalik, rõhutasid teadlased, et nad ei saa nende tulemusi üldistada ega suuda tõestada otsest põhjuslikku seost kosmoselennu ja nende vaatluste vahel. Vaatamata oma olemuselt piiratud ulatusele annab nende töö siiski NASA-le vihjeid selle kohta, kus nad võivad kosmoselennu ajal näha bioloogilisi muutusi - "väärtuslikku teekaarti", väidab uuring uuringus meie päikesesüsteemi pikemate rännakute võimalike riskide kohta.
Selle uuringu kallal töötamine oli nagu varajane kartograaf, ütles Feinberg. Tema ja teised uurijad püüdsid laiade löökidega mõista, millised muutused kehas toimuvad kosmoselennu ajal, luues üldise kuju ja jättes ruumi tulevasteks uuringuteks detailide täitmiseks.
NASA plaanib juba praegu seda inimkeha kaarti täita. Bailey ja teised teadlased jätkavad veel ühe pikaajalise projektiga, kus jälgitakse kümme astronauti üheaastastel missioonidel, kümme kuuekuulistel missioonidel ja kümme reisil kahest kuni kolme kuuni korraga. Terviseandmeid võrreldakse kohapeal elavate inimestega, kes on sama ajavahemiku jooksul isoleeritud, “seisis Colorado osariigi ülikooli pressiteates. Teised teadlased liiguvad edasi Maal asuvate analoogsete projektidega, sealhulgas Rana, kes uurib pikaajalisel vooditeljel olevate ainete mõõtmeid, mis jäljendavad nullgravitatsioonitingimusi.
Ehkki teha on veel palju tööd, on NASA nüüd raamistikuks multidistsiplinaarseks koostööks, mida see tõenäoliselt jätkub ka tulevastes uuringutes, väidab Basner. Scott Kelly osas on ta valmis selles pikaks ajaks olema.
“Mõnikord vastavad teaduse esitatud küsimused teistele küsimustele ja ma teen testid korra oma elu jooksul korra aastas, ” kirjutas ta oma 2017. aasta raamatus “ Kestvus: minu aasta kosmoses, avastamise eluaeg” . “Mind see eriti ei häiri. See on seda väärt, et aidata kaasa inimeste teadmiste edasiarendamisele. ”
