NASAは、人間の宇宙飛行の将来のための大きな計画を持っています。 長期的な有人ミッションを月に送り、最終的には火星の陸上宇宙飛行士を送るという宇宙機関の提案は、ロケットと宇宙飛行のハードウェアの大幅な進歩を必要とするでしょう。 しかし、新しい技術と一緒に、科学者たちは別の重要な質問に取り組んでいます：人体は宇宙でその多くの時間の間に自分自身を維持することができ 火星探査ミッションには2〜3年かかる可能性がありますが、これまでのほとんどの宇宙探査は6ヶ月以下でした。 地球軌道を越えて拡張されたミッションは、宇宙飛行士の体に深刻な、潜在的に危険な生物学的影響をもたらす可能性があります。
長時間の宇宙飛行における微小重力、放射線、閉じ込めの影響を研究するために、NASAは双子のスコットとマーク-ケリーをユニークなミッションに選んだ。 二人の一卵性双生児は両方ともNASAのテストパイロットと宇宙飛行士を務めており、スコットは国際宇宙ステーション（ISS）への1年間の任務に選ばれ、彼の兄弟―自分自身の遺伝的コピー―を地球上に残しました。 研究者たちは、2015年3月27日から2016年3月1日まで続いた宇宙での彼の年の間のスコットの変化と比較するために、一種の制御対象として地球のマークを使用しました。科学者の10チームは、遺伝子発現から腸内細菌、認知に至るまで、双子の健康と生物学のさまざまな側面を研究しました。
今日、チームは学際的な研究でコンパイルされた研究のいくつかをリリースし、4月12日にScience誌に掲載されます。
80人以上の著者と、この研究は、一年間のミッションの過程で両方の双子から収集された幅広いデータをまとめて分析し、直前と後 結果は広大ですが、主に、いくつかの注目すべき例外を除いて、スコットの体はストレスの多い宇宙条件で340日後にかなり迅速に跳ね返ったことを示し この研究は、「長期宇宙飛行中の人体に対する分子的、生理学的、行動的適応と課題の統合された肖像画」を作成していると著者らは書いています。
老化の問題
コロラド州立大学の放射線と癌生物学の教授であるスーザン-ベイリーが率いる十チームの一つは、dna鎖の末端を保護する”キャップ”であるテロメアに焦点を当てた。 地球上では、これらのテロメアは、DNA複製の各ラウンドがそれらを離れて身に着けているように、人の一生の過程で枯渇します。BaileyのチームがScottの白血球のテロメアを分析したとき、彼らはこれらの細胞の平均テロメアの長さが実際にミッション中に増加したことを発見した。
「それは私たちが想像していたものとは正反対でした」とBaileyは言います。 「私たちは、実際には、微小重力、宇宙放射線、孤立のようなものへの本当にユニークなストレスと暴露のために、宇宙でのテロメアの損失を加速するよう”
スコットが地球に戻った後、ベイリーのチームは、彼の平均テロメアの長さが飛行前のレベルにほぼ一致するように減少したことを観察した。 しかし、飛行後の数ヶ月で、より多くのテロメアが失われたり、批判的に短縮されたりした。 これは、テロメアの短縮および喪失が加齢および心血管問題および癌を含む加齢関連疾患に対する感受性に関連しているため、関連する所見であ研究者は、これらのテロメアの変化がどのようにまたはなぜ起こったのかまだ分かりません。
チームは、スコットが飛行中に何らかの形で活性化されたかどうかを確認するために、テロメアを拡張するが、ほとんどの成体の体細胞でオフになる酵素であるテロメラーゼの活性を分析することを望んだ。 しかし、彼らが必要とした材料は「宇宙で失われた」とBaileyは言います。 血液サンプルはソユーズ宇宙船で地球に送り返されたが、テロメラーゼの活動は、おそらく地球の大気を通って再突入の間の温度変化の結果として、到着時に死んでいた。宇宙飛行中および宇宙飛行後のこれらの変化の背後にあるメカニズムについての詳細を学ぶことは、宇宙飛行士のためだけでなく、老化のより完全な理解が”地球人”の健康にとって貴重であるため、前進することが重要であるとベイリー氏は述べています。”
宇宙での遺伝子発現
研究者はまた、ストレスの多い状況で行う傾向があるように、遺伝子発現が飛行中に変化したかどうかを確認するた Weill Cornell Medicineの遺伝学者であるChris Masonが率いるチームは、エピジェネティックな適応を示すDNAとRNAの修飾を研究しました。 彼らは、遺伝子がどのように発現されたかにいくつかの変化を観察し、これらの変化はミッションの最後の6ヶ月で加速した。 飛行の開始と比較して、後半には遺伝子発現の違いが6倍以上増加しました。
この調査結果は、新しい環境に適応した最初の期間の後にこれらの違いが遅くなるか停止すると予想していたため、やや驚くべきものであったとMason氏は述べています。 持続的かつ増加する遺伝的形質転換は、身体が宇宙で長期間にわたって変化し続けることを示している。Johns Hopkins大学の教授で医学研究者であるAndrew Feinbergと彼のチームは、通常遺伝子発現の変化を知らせる化学マーカーであるメチル基に焦点を当て、エピジェネティックな変化の量は二人の兄弟にとって類似していることを発見した。 いくつかの小さな違いにもかかわらず、Scottのゲノムは「気にならない」ように振る舞いました、とFeinbergは言います。ミッションの終了後、改変された遺伝子発現の90％が飛行前のベースラインに戻った-長いミッションの後に体が跳ね返ることができるという良い兆候、Mason 他の10％は、免疫応答とDNA修復に関連する遺伝子を含む800以上の遺伝子を構成していましたが、Scottの帰還から6ヶ月後にはまだ異なって表現されてい 「ある程度、体内の十分な細胞が何が起こったのかの記憶を持っているようで、まだ地球に戻っていることへの適応と再較正が進行中です」とMason氏は
宇宙飛行の心への影響
潜在的に関連する結果では、認知を研究しているチームは、一連の認知テストに対するスコットのパフォーマンスが飛行後の期間に低下したことを発見した。 ペンシルバニア大学の精神医学教授であるMathias Basnerと彼のチームは、NASAのための専門的な認知テストバッテリーを設計しました—感情的な認識、リスクテイク、注意を含む宇宙飛行士の思考のさまざまな側面を測定するための一連の10のコンピュータ化されたタスクです。
スコットの飛行中の測定は安定していたにもかかわらず、彼の”認知効率”、またはテストバッテリーを完了する際の速度と正確さは、地球に戻った後に落ちた。 この減少は帰国後の半年にわたって続いた。
スコットは一年間の宇宙飛行の過程で驚くべき認知効果を示さなかったが、彼は2010年から2011年までの半年のミッションの後の再調整期間と比較して、地球環境に戻った後のテストではるかに多くのトラブルを抱えているように見えた。 宇宙飛行士が着陸後に複雑なタスクを実行しなければならない間に、火星へのミッションのようなものを計画するとき、認知結果は「赤旗」になる可
“宇宙は非常に敵対的な環境です”とBasnerは言います。 “私たちは、小さなミスが最悪の場合、ミッションの失敗や機器の損失、宇宙飛行士の命に壊滅的なエラーにつながる可能性があるという意味で、宇宙飛行士が最善を尽くして実行することを常に望んでいます。”
それはおそらく訓練を受けた宇宙飛行士が率いる操作に影響を与えるために障害の高いレベルを取るだろうが、これらの認知の変化は、将来の
宇宙探検家の体
スコットの体の残りの部分を通して、研究者は宇宙飛行に関連する他の変化を観察しました。 Northwestern Universityの研究者が率いるチームは、人間の腸に住む細菌のコミュニティであるmicrobiomeの研究で、Scottの宇宙での年に異なる種類の細菌の割合が変化したことを しかし、細菌の全体的な多様性は減少しなかったが、これはマイクロバイオームが健康であったことの良い兆候である。
Brinda Rana、カリフォルニア大学サンディエゴの健康科学研究者が率いるチームは、いくつかのタンパク質も宇宙飛行中に変化することを発見しました。 スコットがISSに乗っていた時の尿サンプルには、構造タンパク質である高レベルのコラーゲンが含まれていました。 Scottの眼球や血管系で観察されたような生理学的変化とともにこの尺度を見ることは、体が再構築されているという兆候かもしれない、とRanaは言う。 研究者はまたaquaporin2、脱水のマーカーでありがちである蛋白質の高められたレベルを観察しました。しかし、スコットが地球に戻った後、ラナのチームと他の人によって観察された変化の大部分は消えました。
しかし、ラナのチームと他の人によって観察された変化の大部分は消えました。 「身体がどれほど弾力性があり、人体がさまざまな環境にどのように適応しているかを示しています」とRana氏は言います。 “宇宙での年-体はそれを処理することができます。”
NASAの双子の研究のサンプルサイズはできる限り小さいので、研究者は彼らの結果を一般化することはできず、宇宙飛行と彼らの観測との間の直接の因果関係を証明することもできないと強調した。 それでも、彼らの仕事は、本質的に限られた範囲にもかかわらず、NASAは宇宙飛行中に生物学的変化をどこで見るかについての手がかりを与えます-「貴重なロードマップ」と研究は言います、私たちの太陽系へのより長い旅の可能性のあるリスクについて。
この研究に取り組んでいることは、初期の地図作成者のようなものだった、とFeinbergは言います。 彼と他の研究者は、宇宙飛行中に身体にどのような変化が起こるかを広範なストロークで理解しようとし、一般的な形を作り、詳細を記入するための将来の研究の余地を残しました。
NASAはすでに人体のこの地図を記入し続ける計画を持っています。 ベイリーと他の研究者は、”一年のミッションで十人の宇宙飛行士、六ヶ月のミッションで十人の宇宙飛行士、一度に二から三ヶ月の旅行で十人の宇宙飛行士を監視する別の長期的なプロジェクトを継続します。 コロラド州立大学のプレスリリースによると、健康データは、同じ期間にわたって孤立している地上の人々と比較されます。 他の科学者は、無重力状態を模倣した長期ベッドレストの被験者からの対策を研究しているラナを含む地球上のアナログプロジェクトを進めています。
行われるべき多くの作業が残っていますが、NASAは現在、将来の研究で継続される可能性の高い学際的なコラボレーションの枠組みを持っています、とBasner氏は述べています。 スコット-ケリーに関しては、彼は長距離のためにそれに入る準備ができています。
「科学が尋ねる質問は他の質問によって答えられることがあり、私は残りの人生のために年に一度テストを続けます」と彼は2017年の本、Endurance：My Year in Space、A Lifetime of Discoveryで書いています。 “これは特に私を気にしません。 人間の知識の進歩に貢献する価値があります。”