NASA má velké plány pro budoucnost pilotovaných letů. Návrhy kosmické agentury vyslat dlouhodobé mise posádky na Měsíc a nakonec přistát astronauty na Marsu budou vyžadovat významný pokrok v hardwaru raket a kosmických letů. Ale spolu s novými technologiemi se vědci potýkají s další zásadní otázkou: Může se lidské tělo udržet během tolik času ve vesmíru? Průzkumná mise na Marsu by mohla trvat dva nebo tři roky, zatímco většina vesmírných expedic dosud trvala šest měsíců nebo méně. Prodloužené mise mimo oběžnou dráhu Země by mohly mít za následek hluboké a potenciálně nebezpečné biologické účinky v tělech astronautů.

pro studium vlivu mikrogravitace, záření a uvěznění v dlouhodobém kosmickém letu vybrala NASA dvojčata Scott a Mark Kelly pro jedinečnou misi. Dvě identická dvojčata mají oba sloužil jako NASA testovacích pilotů a astronautů, a Scott byl vybrán pro roční misi na Mezinárodní Vesmírné Stanici (ISS), takže jeho bratr—genetická kopie sebe—dole na Zemi. Vědci použili pozemských Označit jako druh řízení předmět porovnat případné změny v Scott během roku v jeho prostoru, který trval od 27. Března 2015 do 1.Března 2016.

Deset týmů vědců studoval různé aspekty dvojčata zdraví a biologie, od genové exprese k střevní bakterie k poznání. Dnes týmy zveřejnily některé ze svých sestavených výzkumů v mezioborové studii, která bude zveřejněna 12. Dubna v časopise Science.

S více než 80 autorů, studie spojuje a analyzuje celou řadu údajů, shromážděné z obou dvojčat během roční mise plus měsíců bezprostředně před a po. Výsledky jsou rozsáhlé, ale hlavně ukazují, že až na některé významné výjimky se Scottovo tělo po 340 dnech ve stresujících vesmírných podmínkách velmi rychle odrazilo. Výzkum vytváří „integrovaný portrét molekulárních, fyziologických a behaviorálních adaptací a výzev pro lidské tělo během prodlouženého kosmického letu“, píší autoři.

Otázka Stárnutí

Jeden z deseti týmy, vedené Susan Bailey, profesor záření a rakovina biologie na Coloradské Státní Univerzity, se zaměřil na telomery, „čepice“, které chrání konce DNA. Na Zemi se tyto telomery vyčerpají v průběhu života člověka, protože každé kolo replikace DNA se na ně vyčerpá.

Když Baileyův tým analyzoval telomery ve Scottových bílých krvinkách, zjistili, že průměrná délka telomer v těchto buňkách se během mise skutečně zvýšila. „Byl to přesně opak toho, co jsme si představovali,“ říká Bailey. „Navrhli jsme, že ve skutečnosti, kvůli všem opravdu jedinečným stresům a expozicím na věci, jako je mikrogravitace, kosmické záření a izolace … se opravdu zdálo, že urychlí ztrátu telomer ve vesmíru.“

Jakmile Scott se dotkl zpět na Zem, Bailey tým poznamenal, že jeho průměrné délky telomer snížil na zhruba odpovídat pre-letové hladiny. V měsících následujících po letu však došlo ke ztrátě nebo kritickému zkrácení většího počtu telomer. To by mohlo být zajímavé zjištění, protože zkrácení a ztráta telomer je spojena se stárnutím a náchylností k onemocněním souvisejícím s věkem, včetně kardiovaskulárních problémů a rakoviny.

vědci si zatím nejsou jisti, jak a proč k těmto změnám telomer došlo. Tým doufal, že analyzuje aktivitu telomerázy, enzymu, který rozšiřuje telomery, ale ve většině dospělých tělních buněk se vypne, aby zjistil, zda byl nějak aktivován, když byl Scott v letu. Materiál, který potřebovali, se však „ztratil ve vesmíru“, říká Bailey. Vzorky krve byly odeslány zpět na zemi na kosmické lodi Sojuz, ale aktivita telomerázy byla po příletu mrtvá, pravděpodobně v důsledku teplotních změn během návratu do zemské atmosféry.

dozvědět se více o mechanismus těchto změn v průběhu a po letu do vesmíru bude důležité kupředu, Bailey říká—nejen pro kosmonauty rány, ale také proto, že více důkladné pochopení stárnutí by být cenné pro zdraví „pozemšťané.“

Genové Exprese ve Vesmíru

Vědci také studovali Scott genomu, jestli genu výraz se změnil v průběhu let, jak to má tendenci dělat ve stresových situacích. Tým vedený Chrisem Masonem, genetikem ve Weill Cornell Medicine, studoval modifikace DNA a RNA, které by signalizovaly epigenetickou adaptaci. Pozorovali některé změny v tom, jak byly geny exprimovány, a tyto variace se v posledních šesti měsících mise zrychlily. Více než šestkrát více rozdílů v genových expresích se objevilo během druhé poloviny ve srovnání se začátkem letu.

zjištění bylo poněkud překvapivé, Mason říká, protože on by se očekávalo, že tyto rozdíly zpomalit nebo zastavit po počátečním období adaptace na nové prostředí. Trvalé a rostoucí genetické transformace ukazují, že tělo se neustále mění po dlouhou dobu v prostoru.

Andrew Feinberg, profesor a zdravotnických pracovník na Johns Hopkins University, a jeho tým se zaměřil na methylových skupin—chemické značky, které obvykle signál změny v genové expresi—a zjistil, že množství epigenetické změny byl podobný pro oba bratři. Přes některé drobné rozdíly se Scottův genom choval způsobem ,který „nebyl znepokojující“, říká Feinberg.

po skončení mise se 90 procent modifikovaných genových expresí vrátilo na svou základní linii před letem-dobré znamení, že tělo se může po dlouhé misi odrazit, říká Mason. Dalších 10 procent, které obsahovaly více než 800 genů, včetně genů souvisejících s imunitní odpovědí a opravou DNA, bylo ještě šest měsíců po Scottově návratu vyjádřeno odlišně. „Do jisté míry se zdá, že dostatek buněk v těle má vzpomínku na to, co se stalo, že stále dochází k nějaké pokračující adaptaci a rekalibraci na návrat na Zemi,“ říká Mason.

vliv kosmického letu na mysl

V jednom potenciálně týkajícím se výsledku tým studující poznání zjistil, že Scottův výkon na sérii kognitivních testů v období po letu poklesl. Mathias Basner, profesor psychiatrie na University of Pennsylvania a jeho tým navrhl specializované kognitivní test baterie pro NASA—série 10 počítačové úlohy měřit různé aspekty astronautů myšlení, včetně emocionální uznání, přijetí rizika a pozornost.

přestože Scottova měření za letu byla stabilní, jeho“ kognitivní účinnost “ nebo jeho rychlost a přesnost při dokončení testovací baterie klesly, jakmile se vrátil na Zemi. Pokles přetrvával po dobu šesti měsíců po jeho návratu.

Zatímco Scott neměl zobrazovat žádné alarmující kognitivní účinky v průběhu celoroční lety do vesmíru, že se zdá, že mají mnohem větší problémy s testy po návratu k prostředí Země ve srovnání s jeho přepracování období po jeho předchozí šestiměsíční misi od října 2010 do Března 2011. Kognitivní výsledky by mohly být „červenou vlajkou“ při plánování něčeho jako mise na Mars, říká Basner, během níž by astronauti museli po přistání provádět složité úkoly.

„vesmír je velmi nepřátelské prostředí,“ říká Basner. „Vždy chceme, astronauti provádět na své nejlepší v tom smyslu, že, víte, drobné chyby mohou přeložit do katastrofální chyby—v nejhorším případě, neúspěch a ztráta zařízení a astronaut životy.“

i Když to by pravděpodobně trvat vysoká úroveň funkce ledvin vliv operace pod vedením vyškolených astronauti, tyto kognitivní změny by měly být sledovány v budoucích misí, Basner říká, zejména proto, lidé mají malou schopnost posoudit jejich vlastní kognitivní stav, tendenci přijmout jejich aktuální podmínky jako „nový normál“, i když jsou vlastně horší, než předtím.

tělo Průzkumníka vesmíru

v celém zbytku Scottova těla vědci pozorovali další změny související s kosmickým letem. Ve studii mikrobiomu, společenství bakterií žijících v lidském střevě, tým vedený vědci z Northwestern University zjistil, že proporce různých typů bakterií změnil v průběhu Scott rok ve vesmíru. Celková rozmanitost bakterií se však nesnížila, což je dobré znamení, že mikrobiom zůstal zdravý.

tým vedený Brindou ranou, výzkumníkem zdravotnických věd na Kalifornské univerzitě v San Diegu, zjistil, že během kosmického letu se také změnilo několik proteinů. Vzorky moči ze Scottova času na palubě ISS obsahovaly vysoké hladiny kolagenu, strukturálního proteinu. Při pohledu na toto opatření spolu s fyziologickými změnami—jako ty, které byly pozorovány v Scott bulvy a cévní systém—mohl by to být znamení, že tělo bylo restrukturalizace, Rana říká. Vědci také pozorovali zvýšené hladiny aquaporinu 2, proteinu, který má tendenci být markerem dehydratace.

drtivá většina změn pozorovaných Ranovým týmem a dalšími zmizela, jakmile se Scott dotkl zpět na Zemi. „Jen to ukazuje, jak je tělo odolné a jak je lidské tělo adaptivní na různá prostředí,“ říká Rana. „Rok ve vesmíru-tělo to zvládne.“

Vzhledem k velikosti vzorku z NASA Dvojčata Studie je asi tak malý, jak jen může být, výzkumníci zdůraznil, že nelze zobecňovat jejich výsledky, ani by se prokázat přímou příčinnou souvislost mezi posádkou a jejich pozorování. Přesto jejich práce, navzdory svému neodmyslitelně omezenému rozsahu, dává NASA nějaké stopy o tom, kde by mohli vidět biologické změny během kosmického letu— „cenný plán“, studie říká, k možným rizikům delších cest do naší sluneční soustavy.

Práce na této studii byla jako rané kartograf, Feinberg říká. On a další vyšetřovatelé se snažili pochopit, v širokými tahy, jaké změny se vyskytují v těle během letu do vesmíru, vytváří obecný tvar a ponechává prostor pro budoucí výzkum, aby vyplnit v detailech.

NASA již plánuje tuto mapu lidského těla nadále vyplňovat. Bailey a další vědci budou pokračovat v dalším dlouhodobém sledování projektu “ deset astronautů na jednoletých misích, deset na šestiměsíčních misích a deset na cestách od dvou do tří měsíců najednou. Zdravotní údaje budou porovnány s lidmi na zemi, kteří jsou v izolaci po stejná časová období, “ uvádí tisková zpráva Colorado State University. Jiní vědci jsou v pohybu vpřed s analogovým projekty na Zemi, včetně Rana, kdo studuje opatření z předmětů na dlouhodobý odpočinek, který napodobuje zero-gravity podmínky.

ačkoli je ještě hodně práce, NASA má nyní rámec pro druh multidisciplinární spolupráce, kterou bude pravděpodobně pokračovat v budoucích studiích, říká Basner. Pokud jde o Scotta Kellyho, je připraven být v něm na dlouhou trať.

„Někdy věda si klade otázky jsou zodpovězeny další otázky, a já budu mít testy provádí jednou ročně, po zbytek mého života,“ napsal ve svém 2017 knihy, Vytrvalost: Můj Rok v Prostoru, Celoživotní Objev. „To mě nijak zvlášť neobtěžuje. Stojí za to přispět k rozvoji lidského poznání.”