NASA are planuri mari pentru viitorul zborului spațial uman. Propunerile Agenției Spațiale de a trimite misiuni cu echipaj pe lună și, în cele din urmă, de a ateriza astronauți pe Marte vor necesita progrese semnificative în hardware-ul rachetelor și al zborurilor spațiale. Dar, împreună cu noua tehnologie, oamenii de știință se confruntă cu o altă întrebare crucială: poate corpul uman să se susțină în timpul atât de mult timp în spațiu? O misiune exploratorie pe Marte ar putea dura doi sau trei ani, în timp ce majoritatea expedițiilor spațiale de până acum au durat șase luni sau mai puțin. Misiunile extinse dincolo de orbita Pământului ar putea duce la efecte biologice profunde și potențial periculoase în corpurile astronauților.

pentru a studia influența microgravitației, radiațiilor și închiderii în zborurile spațiale de lungă durată, NASA a selectat gemenii Scott și Mark Kelly pentru o misiune unică. Cei doi gemeni identici au servit amândoi ca piloți de testare NASA și astronauți, iar Scott a fost ales pentru o misiune de un an la Stația Spațială Internațională (ISS), lăsându—l pe fratele său—o copie genetică a lui însuși-pe Pământ. Cercetătorii au folosit marca earthbound ca un fel de subiect de control pentru a compara orice schimbări în Scott în timpul anului său în spațiu, care a durat între 27 martie 2015 și 1 martie 2016.zece echipe de oameni de știință au studiat diferite aspecte ale sănătății și biologiei gemenilor, de la expresia genelor la bacteriile intestinale până la cunoaștere. Astăzi, echipele au lansat o parte din cercetările lor compilate într-un studiu interdisciplinar, care va fi publicat pe 12 Aprilie în revista Science.

cu mai mult de 80 de autori, studiul reunește și analizează o gamă largă de date, colectate de la ambii gemeni pe parcursul misiunii de un an, plus lunile imediat înainte și după. Rezultatele sunt expansive, dar arată în principal că, cu unele excepții notabile, corpul lui Scott a revenit destul de repede după 340 de zile în condiții de spațiu stresante. Cercetarea creează „un portret integrat al adaptărilor și provocărilor moleculare, fiziologice și comportamentale pentru corpul uman în timpul zborului spațial extins”, scriu autorii.

o chestiune de îmbătrânire

una dintre cele zece echipe, condusă de Susan Bailey, profesor de radiații și biologie a cancerului la Universitatea de Stat din Colorado, s-a concentrat pe telomeri, „capacele” care protejează capetele firelor ADN. Pe Pământ, aceste telomere se epuizează pe parcursul vieții unei persoane, pe măsură ce fiecare rundă de replicare a ADN-ului se epuizează.

când echipa lui Bailey a analizat telomerii din celulele albe din sângele lui Scott, au descoperit că lungimea medie a telomerilor din aceste celule a crescut de fapt în timpul misiunii. „A fost exact opusul a ceea ce ne-am imaginat”, spune Bailey. „Am propus ca, de fapt, din cauza tuturor stresurilor și expunerilor cu adevărat unice la lucruri precum microgravitația, radiațiile spațiale și izolarea … păreau într-adevăr că ar accelera pierderea telomerilor în spațiu.”

odată ce Scott a atins înapoi pe Pământ, echipa lui Bailey a observat că lungimea medie a telomerilor a scăzut pentru a se potrivi aproximativ nivelurilor dinaintea zborului. Cu toate acestea, în lunile următoare zborului, un număr mai mare de telomeri s-au pierdut sau s-au scurtat critic. Aceasta ar putea fi o constatare îngrijorătoare, deoarece scurtarea și pierderea telomerilor sunt asociate cu îmbătrânirea și susceptibilitatea la boli legate de vârstă, inclusiv probleme cardiovasculare și cancer.

cercetătorii nu sunt încă siguri cum sau de ce au avut loc aceste modificări ale telomerilor. Echipa speră să analizeze activitatea telomerazei, o enzimă care extinde telomerii, dar este oprită în majoritatea celulelor corpului adult, pentru a vedea dacă a fost activată cumva în timp ce Scott era în zbor. Cu toate acestea, materialul de care aveau nevoie a fost „pierdut în spațiu”, spune Bailey. Probele de sânge au fost expediate înapoi pe pământ pe o navă spațială Soyuz, dar activitatea telomerazei era moartă la sosire, posibil ca urmare a schimbărilor de temperatură în timpul reintrării prin atmosfera Pământului.aflând mai multe despre mecanismul din spatele acestor schimbări în timpul și după zborul spațial va fi important să avansăm, spune Bailey—nu doar de dragul astronauților, ci și pentru că o înțelegere mai aprofundată a îmbătrânirii ar fi valoroasă pentru sănătatea „pământenilor”.”

expresia genelor în spațiu

cercetătorii au studiat, de asemenea, genomul lui Scott pentru a vedea dacă expresia genelor s-a schimbat în timpul zborului, așa cum tinde să se întâmple în situații stresante. O echipă condusă de Chris Mason, genetician la Weill Cornell Medicine, a studiat modificările ADN și ARN care ar semnala adaptarea epigenetică. Ei au observat unele schimbări în modul în care au fost exprimate genele, iar aceste variații s-au accelerat în ultimele șase luni ale misiunii. Mai mult de șase ori mai multe diferențe în expresiile genelor au apărut în a doua jumătate comparativ cu începutul zborului.

descoperirile au fost oarecum surprinzătoare, spune Mason, deoarece se așteptase ca aceste diferențe să încetinească sau să se oprească după o perioadă inițială de adaptare la noul mediu. Transformările genetice susținute și în creștere arată că organismul continuă să se schimbe pe perioade lungi de timp în spațiu.Andrew Feinberg, profesor și cercetător medical la Universitatea Johns Hopkins, și echipa sa s—au concentrat pe grupările metil—markeri chimici care semnalează de obicei schimbări în expresia genelor-și au descoperit că cantitatea de schimbare epigenetică a fost similară pentru cei doi frați. În ciuda unor diferențe minore, genomul lui Scott s-a comportat într-un mod care „nu era îngrijorător”, spune Feinberg.

după încheierea misiunii, 90% din expresiile genelor modificate au revenit la nivelul de bază înainte de zbor-un semn bun că organismul poate reveni după o misiune lungă, spune Mason. Celelalte 10%, care cuprindeau peste 800 de gene, inclusiv cele legate de răspunsul imun și repararea ADN-ului, erau încă exprimate diferit la șase luni de la întoarcerea lui Scott. „Se pare, într-o oarecare măsură, că suficiente celule din corp au o amintire a ceea ce s-a întâmplat, că există încă o adaptare continuă și o recalibrare pentru a fi înapoi pe Pământ”, spune Mason.

influența zborului spațial asupra minții

într-un rezultat potențial îngrijorător, o echipă care studiază cunoașterea a constatat că performanța lui Scott la o serie de teste cognitive a scăzut în perioada post-zbor. Mathias Basner, profesor de psihiatrie la Universitatea din Pennsylvania, și echipa sa au proiectat o baterie specializată de testare cognitivă pentru NASA—o serie de 10 sarcini computerizate pentru a măsura diferite aspecte ale gândirii astronauților, inclusiv recunoașterea emoțională, asumarea riscurilor și atenția.

chiar dacă măsurile de zbor ale lui Scott erau stabile, „eficiența cognitivă” sau viteza și precizia în completarea bateriei de testare au scăzut odată ce s-a întors pe Pământ. Scăderea a persistat în cele șase luni de la întoarcerea sa.în timp ce Scott nu a prezentat niciun efect cognitiv alarmant pe parcursul zborului spațial de-a lungul anului, el părea să aibă mult mai multe probleme cu testele după întoarcerea în mediul Pământului, comparativ cu perioada de reajustare după misiunea sa anterioară de șase luni din octombrie 2010 până în martie 2011. Rezultatele cognitive ar putea fi un „steag roșu” atunci când planificați ceva de genul unei misiuni pe Marte, spune Basner, în timpul căreia astronauții ar trebui să îndeplinească sarcini complexe după aterizare.

„spațiul este un mediu foarte ostil”, spune Basner. „Ne dorim întotdeauna ca astronauții să aibă performanțe maxime, în sensul că, știți, micile greșeli se pot traduce în erori catastrofale—în cel mai rău caz, la eșecul misiunii și la pierderea echipamentelor și a vieții astronauților.”deși probabil ar fi nevoie de un nivel ridicat de afectare pentru a afecta operațiunile conduse de astronauți instruiți, aceste schimbări cognitive ar trebui monitorizate în misiunile viitoare, spune Basner, mai ales că oamenii au o capacitate slabă de a-și evalua propriul statut cognitiv, tindând să accepte condițiile actuale ca „noul normal”, chiar dacă sunt de fapt mai rele decât înainte.

corpul exploratorului spațial

de-a lungul restului corpului lui Scott, cercetătorii au observat alte modificări legate de zborul spațial. Într-un studiu al microbiomului, comunitatea de bacterii care trăiesc în intestinul uman, o echipă condusă de cercetători de la Universitatea Northwestern a descoperit că proporțiile diferitelor tipuri de bacterii s-au schimbat în timpul anului lui Scott în spațiu. Cu toate acestea, diversitatea generală a bacteriilor nu a scăzut, ceea ce este un semn bun că microbiomul a rămas sănătos.

o echipă condusă de Brinda Rana, cercetător în științe medicale la Universitatea din California San Diego, a descoperit că mai multe proteine s-au schimbat și în timpul zborului spațial. Probele de urină din timpul lui Scott la bordul ISS conțineau niveluri ridicate de colagen, o proteină structurală. Privind această măsură împreună cu modificările fiziologice—cum ar fi cele observate în globii oculari și sistemul vascular al lui Scott—ar putea fi un semn că organismul se restructura, spune Rana. Cercetătorii au observat, de asemenea, niveluri crescute de aquaporin 2, o proteină care tinde să fie un marker al deshidratării.cu toate acestea, marea majoritate a schimbărilor observate de echipa lui Rana și de alții au dispărut odată ce Scott a atins înapoi pe Pământ. „Doar arată cât de rezistent este corpul și cât de adaptabil este corpul uman la diferite medii”, spune Rana. „Un an în spațiu-corpul se poate descurca cu asta.”deoarece dimensiunea eșantionului studiului NASA privind Gemenii este cât se poate de mică, cercetătorii au subliniat că nu își pot generaliza rezultatele și nici nu pot dovedi o legătură cauzală directă între zborul spațial și observațiile lor. Totuși, munca lor, în ciuda domeniului său de aplicare inerent limitat, oferă NASA câteva indicii despre locul în care ar putea vedea schimbări biologice în timpul zborului spațial—o „foaie de parcurs valoroasă”, spune studiul, cu privire la posibilele riscuri ale călătoriilor mai lungi în sistemul nostru solar.

lucrul la acest studiu a fost ca un cartograf timpuriu, spune Feinberg. El și alți anchetatori au încercat să înțeleagă, în linii mari, ce schimbări apar în corp în timpul zborului spațial, creând o formă generală și lăsând loc cercetărilor viitoare pentru a completa detaliile.

NASA are deja planuri de a continua să completeze această hartă a corpului uman. Bailey și alți cercetători vor continua cu un alt proiect pe termen lung care monitorizează „zece astronauți în misiuni de un an, zece în misiuni de șase luni și zece în călătorii de la două la trei luni la un moment dat. Datele de sănătate vor fi comparate cu persoanele de pe teren care sunt izolate pentru aceleași perioade de timp”, potrivit unui comunicat de presă al Universității de Stat din Colorado. Alții oameni de știință avansează cu proiecte analogice pe Pământ, inclusiv Rana, care studiază măsuri de la subiecți pe repaus la pat pe termen lung care imită condițiile de gravitație zero.deși mai sunt multe de făcut, NASA are acum un cadru pentru genul de colaborare multidisciplinară pe care probabil o va continua în studiile viitoare, spune Basner. În ceea ce-l privește pe Scott Kelly, e pregătit să fie în el pe termen lung.

„uneori, întrebările pe care știința le pune sunt răspunse de alte întrebări și voi continua să fac teste o dată pe an pentru tot restul vieții mele”, a scris el în cartea sa din 2017, Endurance: My Year in Space, a Lifetime of Discovery. „Acest lucru nu mă deranjează în mod special. Merită să contribuie la avansarea cunoașterii umane.”