A NASA nagy tervei vannak az emberi űrrepülés jövőjével kapcsolatban. Az űrügynökség javaslatokat küldeni hosszú távú, legénységgel küldetések, hogy a hold, végül földet űrhajósok Mars igényel jelentős előrelépések rakéta, valamint űrrepülés hardver. De az új technológiával együtt a tudósok egy másik fontos kérdéssel küzdenek: képes-e az emberi test fenntartani magát az űrben ennyi idő alatt? A feltáró Mars-misszió két-három évig tarthat, míg a legtöbb űrkutatás eddig hat hónapig vagy annál rövidebb ideig tartott. A Föld körüli pályán kívüli kiterjesztett küldetések mély és potenciálisan veszélyes biológiai hatásokat eredményezhetnek az űrhajósok testében.

a mikrogravitáció, a sugárzás és a hosszú távú űrrepülés hatásának tanulmányozásához a NASA Scott és Mark Kelly ikreket választott egy egyedi küldetésre. A két egypetéjű ikrek mind a NASA tesztpilótái, mind az űrhajósok voltak, Scottot pedig egy évig tartó küldetésre választották a Nemzetközi Űrállomásra (ISS), így testvére—egy genetikai példánya—a földön maradt. A kutatók a earthbound jelet egyfajta kontroll alanyként használták, hogy összehasonlítsák a Scott-ban bekövetkezett változásokkal az űrben töltött év során, amely 2015.március 27-től 2016. március 1-ig tartott.

tíz tudóscsoport tanulmányozta az ikrek egészségének és biológiájának különböző aspektusait, a génexpressziótól a bélbaktériumokig a megismerésig. Ma a csapatok összeállított kutatásaik egy részét egy kereszt-fegyelmi tanulmányban adták ki, amelyet április 12-én tesznek közzé a Science folyóiratban.

több mint 80 szerzők a tanulmány hozza össze, majd elemzi a széles adatokat gyűjtött, mindketten ikrek során az éves küldetés ráadásul a hónap, közvetlenül az előtt, után. Az eredmények expanzívak, de főként azt mutatják,hogy néhány figyelemre méltó kivételtől eltekintve Scott teste elég gyorsan visszapattant 340 nap után stresszes térben. A kutatás “molekuláris, fiziológiai és viselkedési adaptációk és kihívások integrált portréját hozza létre az emberi test számára a kiterjesztett űrrepülés során” – írják a szerzők.

az öregedés kérdése

a tíz csapat egyike, Susan Bailey, a Colorado Állami Egyetem sugár-és rákbiológiai professzora vezetésével, a telomerekre, a DNS-szálak végeit védő “sapkákra” összpontosított. A földön, ezek a telomerek kimerülnek egy személy élettartama alatt, mivel a DNS-replikáció minden fordulója elhasználódik rájuk.

amikor Bailey csapata elemezte a telomereket Scott fehérvérsejtjeiben, azt találták, hogy ezekben a sejtekben az átlagos telomér hossza valóban nőtt a küldetés során. “Pontosan az ellenkezője volt annak, amit elképzeltünk” – mondja Bailey. “Azt javasoltuk, hogy valójában, mivel az összes igazán egyedi feszültségek és expozíció a dolgokat, mint a mikrogravitáció, űrsugárzás és elszigeteltség … tényleg úgy tűnt, mintha felgyorsítaná telomere veszteség az űrben.”

miután Scott visszatért a földre, Bailey csapata megfigyelte, hogy átlagos telomere hossza nagyjából megegyezik a repülés előtti szintekkel. A repülést követő hónapokban azonban nagyobb számú telomer elveszett vagy kritikusan rövidült. Ez lehet a megállapítás, mivel a telomere rövidülése és elvesztése az öregedéssel és az életkorral összefüggő betegségekre való hajlammal jár, beleértve a szív-és érrendszeri problémákat és a rákot.

a kutatók még nem tudják, hogyan vagy miért fordultak elő ezek a telomere változások. A csapat remélte, hogy elemzi a telomeráz aktivitását, egy olyan enzimet, amely kiterjeszti a telomereket, de a legtöbb felnőtt testsejtben kikapcsol, hogy megnézze, aktiválódott-e valahogy Scott repülés közben. Azonban a szükséges anyag “elveszett az űrben” – mondja Bailey. A vérmintákat egy Szojuz űrhajón szállították vissza a Földre, de a telomeráz aktivitás érkezéskor halott volt, valószínűleg a Föld légkörébe való visszatérés során bekövetkező hőmérsékletváltozások következtében.

a változások mögötti mechanizmus megismerése az űrrepülés során és után fontos lesz előre haladni, Bailey szerint-nem csak az űrhajósok kedvéért, hanem azért is, mert az öregedés alaposabb megértése értékes lenne a “földlakók” egészségére.”

génexpresszió az űrben

a kutatók megvizsgálták Scott genomját is, hogy kiderítsék, megváltozott-e a génexpresszió repülés közben, ahogy azt stresszes helyzetekben általában. Chris Mason, a Weill Cornell Medicine genetikusa vezette csapat az epigenetikus alkalmazkodást jelző DNS-és RNS-módosításokat tanulmányozta. Megfigyeltek néhány változást a gének expresszálásában, és ezek a változások felgyorsultak a küldetés utolsó hat hónapjában. Több mint hatszor annyi különbség van a génkifejezésekben, mint az utóbbi felében a repülés kezdetéhez képest.

Az eredmények kissé meglepőek voltak, Mason szerint, mert azt várta, hogy ezek a különbségek lelassulnak vagy megállnak az új környezethez való alkalmazkodás kezdeti időszaka után. A tartós és növekvő genetikai átalakulások azt mutatják, hogy a test hosszú időn keresztül folyamatosan változik az űrben.

Andrew Feinberg, a Johns Hopkins Egyetem professzora és orvosi kutatója, valamint csapata a metilcsoportokra—a génexpresszió változásait általában jelző kémiai markerekre-összpontosított, és megállapította, hogy az epigenetikus változás mennyisége hasonló volt a két testvérhez. Néhány kisebb különbség ellenére Scott genomja úgy viselkedett, hogy “nem aggasztó” – mondja Feinberg.

a misszió befejezése után a módosított génkifejezések 90%-a visszatért a repülés előtti alapvonalához—ez jó jel arra, hogy a test hosszú küldetés után visszapattanhat-mondja Mason. A másik 10 százalékot, amely több mint 800 gént tartalmazott, beleértve az immunválaszhoz és a DNS-javításhoz kapcsolódó géneket is, még mindig eltérően fejezték ki hat hónappal Scott visszatérése után. “Úgy tűnik, hogy bizonyos fokig elegendő sejt van a testben, és van egy emléke a történtekről, hogy még mindig van némi alkalmazkodás és újrakalibrálás ahhoz, hogy újra a Földön lehessen” – mondja Mason.

Spaceflight hatása az elme

egy potenciálisan vonatkozó eredmény, egy csapat tanul megismerés megállapította, hogy Scott teljesítménye egy sor kognitív tesztek csökkent a repülés utáni időszakban. Mathias Basner, a pszichiátria professzora a University of Pennsylvania, a csapat célja, hogy egy speciális kognitív teszt akkumulátor NASA—egy sor 10 számítógépes feladatok intézkedés különböző aspektusait űrhajósok gondolkodás, beleértve érzelmi elismerés, kockázatvállalás, valamint a figyelmet.

annak ellenére, hogy Scott repülés közbeni mérései stabilak voltak, “kognitív hatékonysága”, vagy a teszt akkumulátor kitöltésének sebessége és pontossága a Földre való visszatérése után csökkent. A csökkenés a visszatérését követő hat hónapban elmaradt.

míg Scott nem mutatott riasztó kognitív hatásokat az egész éves űrrepülés során, úgy tűnt, hogy sokkal több problémája van a tesztekkel, miután visszatért a Föld környezetébe, mint a korábbi hat hónapos küldetése után, 2010 októberétől 2011 márciusáig. A kognitív eredmények “vörös zászló” lehetnek, amikor valami Mars-missziót terveznek-mondja Basner, amelynek során az űrhajósoknak a leszállás után összetett feladatokat kell elvégezniük.

“Az űr nagyon ellenséges környezet” – mondja Basner. “Mindig azt akarjuk, hogy az űrhajósok a lehető legjobban teljesítsenek abban az értelemben, hogy az apró hibák katasztrofális hibákat okozhatnak—a legrosszabb esetben a küldetés kudarcához, a berendezések elvesztéséhez és az űrhajósok életéhez.”

Bár valószínűleg egy magas szintű, az értékvesztés hatással műveletek által vezetett kiképzett űrhajós, ezek a kognitív változások figyelemmel kell kísérni a jövőbeni küldetések, Basner azt mondja, különösen, mióta az ember egy szegény képes felmérni a saját kognitív állapot, hajlamos elfogadni a jelenlegi feltételek mellett, mint a “normális” még akkor is, ha rosszabb, mint korábban.

az Űrkutató teste

Scott testének többi részében a kutatók megfigyelték az űrrepüléshez kapcsolódó egyéb változásokat. A mikrobióma, az emberi bélben élő baktériumok közössége tanulmányában a Northwestern Egyetem kutatói által vezetett csapat azt találta, hogy a különböző típusú baktériumok aránya megváltozott Scott évében az űrben. A baktériumok általános sokfélesége azonban nem csökkent, ami jó jel arra, hogy a mikrobióma egészséges maradt.

egy csapat, amelyet Brinda Rana, a San Diego-i Kaliforniai Egyetem Egészségtudományi kutatója vezetett, megállapította, hogy több fehérje is megváltozott az űrrepülés során. Scott idejéből származó vizeletminták az ISS fedélzetén magas szintű kollagént, szerkezeti fehérjét tartalmaztak. Ezt az intézkedést a fiziológiai változások mellett—mint például a Scott szemgolyóiban és az érrendszerében megfigyelt-lehet annak a jele, hogy a test átalakult-mondja Rana. A kutatók megfigyelték az aquaporin 2 fokozott szintjét is, amely a kiszáradás markere.

a Rana csapata által megfigyelt változások túlnyomó többsége eltűnt, amikor Scott visszatért a földre. “Ez csak azt mutatja, hogy mennyire rugalmas a test, és mennyire alkalmazkodik az emberi test a különböző környezetekhez” – mondja Rana. “Egy év az űrben-a test képes ezt kezelni.”

mivel a NASA ikrek vizsgálatának mintamérete éppen olyan kicsi, mint amilyen lehet, A kutatók hangsúlyozták, hogy nem tudják általánosítani eredményeiket, sem pedig közvetlen ok-okozati összefüggést bizonyítani az űrrepülés és megfigyeléseik között. Ennek ellenére munkájuk, annak természetéből adódóan korlátozott hatóköre ellenére, néhány nyomot ad a NASA-nak arról, hogy hol láthatnak biológiai változásokat az űrrepülés során—ez egy “értékes ütemterv” – mondja a tanulmány a naprendszerünkbe való hosszabb utazások lehetséges kockázataira.

A tanulmány kidolgozása olyan volt, mint egy korai térképész, mondja Feinberg. Ő és más nyomozók széles körben próbálták megérteni, hogy milyen változások történnek a testben az űrrepülés során, létrehozva egy általános formát, és teret hagyva a jövőbeli kutatásoknak, hogy kitöltsék a részleteket.

A NASA már tervezi, hogy továbbra is kitölti az emberi test térképét. Bailey és más kutatók egy másik hosszú távú projekttel folytatják a megfigyelést: “tíz űrhajós egyéves küldetéseken, tíz hat hónapos küldetéseken, tíz pedig egyszerre két-három hónapos utazásokon. Az egészségügyi adatokat összehasonlítják azokkal a földi emberekkel, akik ugyanazon időszakokra elszigetelten vannak” – állítja a Colorado Állami Egyetem sajtóközleménye. Mások, a tudósok haladnak előre, analóg projektek a Földön, beleértve Rana, aki tanul intézkedések a tantárgyak hosszú távú pihenés, hogy utánozza a zéró-gravitációs körülmények között.

bár sok munka van még hátra, a NASA most rendelkezik egy kerettel a multidiszciplináris együttműködéshez, amelyet valószínűleg folytatni fog a jövőbeli tanulmányokban-mondja Basner. Ami Scott Kellyt illeti, készen áll arra, hogy hosszú távon benne legyen.

“néha a tudomány kérdéseire más kérdések válaszolnak, és életem végéig évente egyszer elvégzek teszteket” – írta 2017-es könyvében, az Endurance: my Year in Space, A Lifetime of Discovery. “Ez nem különösebben zavar. Érdemes hozzájárulni az emberi tudás előmozdításához.”