NASA HAR store planer for fremtiden for menneskelig romfart. Romorganisasjonens forslag om å sende langsiktige bemannede oppdrag til månen, og til slutt land astronauter på Mars, vil kreve betydelige fremskritt innen rakett-og romfart. Men sammen med ny teknologi griper forskere med et annet viktig spørsmål: Kan menneskekroppen opprettholde seg selv i så mye tid i rommet? Et Utforskende Mars-oppdrag kan ta to eller tre år, mens de fleste romekspedisjoner så langt har vart seks måneder eller mindre. Utvidede oppdrag utenfor Jordens bane kan resultere i dype og potensielt farlige biologiske effekter i astronautens kropper.FOR å studere påvirkning av mikrogravity, stråling og inneslutning i langvarig romfart, VALGTE NASA tvillingene Scott og Mark Kelly for et unikt oppdrag. De to identiske tvillingene har begge tjent SOM NASA-testpiloter og astronauter, Og Scott ble valgt for et år langt oppdrag til Den Internasjonale Romstasjonen (Iss), og forlot broren sin—en genetisk kopi av seg selv—nede på Jorden. Forskere brukte earthbound-Merket som et slags kontrollobjekt for å sammenligne Med eventuelle endringer I Scott i løpet av sitt år i rommet, som varte fra 27. Mars 2015 Til 1.Mars 2016.Ti lag av forskere studerte ulike aspekter av tvillingenes helse og biologi, fra genuttrykk til tarmbakterier til kognisjon. I dag utgav lagene noen av deres kompilerte forskning i en tverrfaglig studie, som vil bli publisert 12. April I tidsskriftet Science.

med mer enn 80 forfattere samler og analyserer studien et bredt spekter av data samlet fra begge tvillingene i løpet av det årlige oppdraget pluss månedene umiddelbart før og etter. Resultatene er ekspansive, men viser hovedsakelig At Scotts kropp med noen bemerkelsesverdige unntak spratt tilbake ganske raskt etter 340 dager i stressende romforhold. Forskningen skaper «et integrert portrett av molekylære, fysiologiske og atferdsmessige tilpasninger og utfordringer for menneskekroppen under utvidet romfart,» forfatterne skriver.

Et Spørsmål om Aldring

Et av de ti lagene, ledet av Susan Bailey, professor i strålings-og kreftbiologi Ved Colorado State University, fokuserte på telomerer, «caps» som beskytter ENDENE AV DNA-tråder. På Jorden blir disse telomerer utarmet i løpet av en persons levetid, da hver RUNDE AV DNA-replikasjon slites bort på dem.Da Bailey ‘ s team analyserte telomerer i Scotts hvite blodlegemer, fant de at den gjennomsnittlige telomerlengden i disse cellene faktisk økte under oppdraget. «Det var akkurat det motsatte av det vi hadde forestilt oss,» Sier Bailey. «Vi foreslo at på grunn av alle de virkelig unike stressene og eksponeringene for ting som mikrogravity, romstråling og isolasjon … virket det som om de ville akselerere telomertap i rommet.»

Når Scott rørte seg tilbake på Jorden, observerte Baileys lag at hans gjennomsnittlige telomerlengde gikk ned til omtrent samme nivå før flyet. I månedene etter flyet ble imidlertid et større antall telomerer tapt eller kritisk forkortet. Dette kan være en om funn, som telomer forkorting og tap er forbundet med aldring og mottakelighet for aldersrelaterte sykdommer, inkludert hjerte-problemer og kreft.Forskerne er ennå ikke sikre på hvordan eller hvorfor disse telomere endringene skjedde. Teamet håpet å analysere aktiviteten til telomerase, et enzym som utvider telomerer, men blir slått av i de fleste voksne kroppsceller, for å se om Det på en eller annen måte ble aktivert mens Scott var i flukt. Men materialet de trengte var «tapt i rommet,» Sier Bailey. Blodprøvene ble sendt tilbake til Jorden på Et Soyuz-romfartøy, men telomeraseaktiviteten var død ved ankomst, muligens som følge av temperaturendringer under reentry Gjennom Jordens atmosfære.Å Lære mer om mekanismen bak disse endringene under og etter romfart vil være viktig fremover, Sier Bailey—ikke bare for astronautens skyld, men også fordi en grundigere forståelse av aldring vil være verdifull for helsen til «earthlings».»

Genuttrykk I Rommet

Forskere studerte Også Scotts genom for å se om genuttrykk endret seg under flyturen, som det pleier å gjøre i stressende situasjoner. Et team ledet Av Chris Mason, en genetiker Ved Weill Cornell Medicine, studerte dna-og RNA-modifikasjoner som ville signalere epigenetisk tilpasning. De observerte noen endringer i hvordan gener ble uttrykt, og disse variasjonene akselererte i de siste seks månedene av oppdraget. Mer enn seks ganger så mange forskjeller i genuttrykk dukket opp over siste halvdel i forhold til begynnelsen av flyet.

Funnene var noe overraskende, Sier Mason, fordi Han hadde forventet at disse forskjellene skulle bremse eller stoppe etter en innledende periode med tilpasning til det nye miljøet. De vedvarende og økende genetiske transformasjonene viser at kroppen fortsetter å forandre seg over lange perioder i rommet.Andrew Feinberg, professor og medisinsk forsker Ved Johns Hopkins University, og hans team fokuserte på metylgrupper-kjemiske markører som vanligvis signaliserer endringer i genuttrykk – og fant at mengden epigenetisk forandring var lik for de to brødrene. Til tross for noen mindre forskjeller oppførte Scotts genom på en måte som ikke var «bekymringsfull», Sier Feinberg.etter oppdragets slutt returnerte 90 prosent av de modifiserte genuttrykkene til deres førflyvning-et godt tegn på at kroppen kan hoppe tilbake etter et langt oppdrag, Sier Mason. De andre 10 prosentene, som besto av over 800 gener, inkludert de som var relatert til immunrespons og DNA-reparasjon, ble fortsatt uttrykt annerledes seks måneder etter Scotts retur. «Det virker til en viss grad at nok celler i kroppen har et minne om hva som skjedde at det fortsatt er noen pågående tilpasning Og omkalibrering for å være tilbake på Jorden,» Sier Mason.

Spaceflights Innflytelse på Sinnet

I et potensielt angående resultat fant et team som studerte kognisjon at Scotts ytelse på en rekke kognitive tester gikk ned i etterflyperioden. Mathias Basner, en psykiatriprofessor ved University Of Pennsylvania, og hans team utviklet et spesialisert kognitivt testbatteri for NASA – en serie på 10 datastyrte oppgaver for å måle ulike aspekter av astronautens tenkning, inkludert emosjonell anerkjennelse, risikotaking og oppmerksomhet.Selv Om Scotts in-flight tiltak var stabile, hans «kognitive effektivitet,» eller hans hastighet og nøyaktighet i å fullføre testbatteriet, falt når han kom tilbake til Jorden. Nedgangen nølte over seks måneder etter at han kom tilbake.Mens Scott ikke viste noen alarmerende kognitive effekter i løpet av den årlige romflyten, syntes Han å ha mye mer problemer med testene etter å ha kommet tilbake til Jordens miljø i forhold til hans omstillingsperiode etter hans forrige seks måneders oppdrag fra oktober 2010 Til Mars 2011. De kognitive resultatene kan være et «rødt flagg» når du planlegger noe som et oppdrag Til Mars, Sier Basner, der astronautene må utføre komplekse oppgaver etter landing.

«Plassen er et veldig fiendtlig miljø,» Sier Basner. «Vi vil alltid at astronautene skal yte sitt beste i den forstand at små feil kan føre til katastrofale feil—i verste fall til misjonssvikt og tap av utstyr og astronautens liv.Selv om det sannsynligvis vil ta et høyt nivå av svekkelse for å påvirke operasjoner ledet av trente astronauter, bør Disse kognitive endringene overvåkes i fremtidige oppdrag, Sier Basner, spesielt siden mennesker har dårlig evne til å vurdere sin egen kognitive status, og har en tendens til å akseptere deres nåværende forhold som den «nye normale» selv om De faktisk er verre enn før.

Space Explorer Kropp

gjennom resten Av Scotts kropp observert forskere andre endringer relatert til romfart. I en studie av mikrobiomet, samfunnet av bakterier som lever i menneskets tarm, fant et team ledet av forskere fra Northwestern University at proporsjonene av forskjellige typer bakterier endret seg i Løpet Av Scotts år i rommet. Samlet mangfold av bakteriene gikk imidlertid ikke ned, noe som er et godt tegn på at mikrobiomet forblir sunt.Et team ledet Av Brinda Rana, en helsefagforsker ved University Of California San Diego, fant at flere proteiner også endret seg under romflyten. Urinprøver fra Scotts tid ombord på ISS inneholdt høye nivåer av kollagen, et strukturelt protein. Å se på dette tiltaket sammen med fysiologiske endringer-som de som ble observert I Scotts øyeboller og vaskulært system—kan være et tegn på at kroppen ble restrukturert, Sier Rana. Forskere observert også økte nivåer av aquaporin 2, et protein som har en tendens til å være en markør for dehydrering.det store flertallet av endringene Som Ble observert av Ranas lag og andre forsvant da Scott rørte seg tilbake på Jorden. «Det viser bare hvor motstandsdyktig kroppen er, og hvor adaptiv menneskekroppen er til forskjellige miljøer,» sier Rana. «Et år i rommet – kroppen kan håndtere det.»Siden prøvestørrelsen PÅ NASAS Twins-Studie er omtrent så liten som mulig, understreket forskerne at de ikke kan generalisere sine resultater, og de kunne heller ikke bevise en direkte årsakssammenheng mellom romfart og deres observasjoner. Likevel, deres arbeid, til tross for det iboende begrensede omfanget, gir NASA noen ledetråder om hvor de kan se biologiske endringer under romfart-en «verdifull veikart», sier studien, til de mulige risikoene for lengre reiser inn i vårt solsystem.

Arbeidet med denne studien var som å være en tidlig kartograf, Sier Feinberg. Han og andre etterforskere prøvde å forstå, i brede slag, hvilke endringer som skjer i kroppen under romfart, skape en generell form og forlate rom for fremtidig forskning for å fylle ut detaljene.NASA har allerede planer om å fortsette å fylle ut dette kartet over menneskekroppen. Bailey og andre forskere vil fortsette med en annen langsiktig prosjektovervåking » ti astronauter på ett års oppdrag, ti på seks måneders oppdrag og ti på turer fra to til tre måneder om gangen. Helse data vil bli sammenlignet med folk på bakken som er isolert for de samme tidsperioder,» ifølge En Colorado State University pressemelding. Andre forskere går fremover med analoge prosjekter på Jorden, inkludert Rana, som studerer tiltak fra fag på langsiktig bedrest som etterligner nullgravitasjonsforhold.SELV OM DET er mye arbeid igjen å gjøre, HAR NASA nå et rammeverk for den typen tverrfaglig samarbeid det vil trolig fortsette i fremtidige studier, Sier Basner. Når Det Gjelder Scott Kelly, er Han forberedt på å være i det i lang tid.»noen ganger blir spørsmålene vitenskapen spør besvart av andre spørsmål, og jeg vil fortsette å ha tester gjort en gang i året for resten av livet mitt,» skrev han i Sin 2017-bok, Utholdenhet: Mitt År I Rommet, En Levetid For Oppdagelse. «Dette plager meg ikke spesielt. Det er verdt det å bidra til å fremme menneskelig kunnskap.”